top of page
Поиск
Фото автораelenaburan

Эссе фотосинтез и клеточное дыхание



Клеточное дыхание протекает в три фазы: гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Клеточное дыхание аэробное, в реакцию вступают глюкоза (C6H12O6) и кислород (O2), при этом образуются углекислый газ (CO2), вода (H2O) и до 38 АТФ.


Клеточное дыхание и фотосинтез имеют решающее значение в непрерывном энергетическом цикле для поддержания жизни, как мы ее определяем. Оба имеют несколько стадий генерации энергии и имеют разные взаимоотношения с органеллами внутри эукариотической клетки. Процессы являются ключом к тому, как жизнь развивалась и стала такой разнообразной, какой мы ее знаем. Хотя клеточное дыхание и фотосинтез имеют разные процессы, они взаимозависимы и имеют дополняющие друг друга циклы.


Само клеточное дыхание относится к процессу извлечения энергии из пищи и органических молекул для дальнейшего использования. Это делается с помощью нескольких взаимозависимых реакций. Подобно дыханию, когда люди вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ, процесс клеточного дыхания представляет собой обмен кислорода, который помогает расщеплять топливо, что определяется как аэробный процесс. Этот процесс осуществляется клетками, обменивающимися газами с окружающей средой для создания аденозинтрифосфата (обычно называемого АДТ), который клетки в конечном итоге используют в качестве источника энергии. Этот процесс происходит посредством нескольких реакций и поэтому является примером метаболического пути. Проще говоря, при клеточном дыхании химическая энергия, полученная из молекул топлива, преобразуется в АДФ. Затем АДФ соединяется с фосфатом, который затем преобразуется в АТФ, энергетическую валюту клеток. Когда клетки израсходуют АТФ, они высвобождают еще один фосфат, и он снова соединится с АДФ, чтобы возобновить цикл. Весь этот цикл можно разделить на три основные фазы: гликолиз, цикл лимонной кислоты и транспорт электронов.


Метаболический путь, происходящий в цитозоле, называется гликолизом. Во время этого состояния одна из молекул глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата, который встречается в цитоплазматической жидкости. Для этого молекула глюкозы расщепляется пополам, чтобы создать две трехуглеродные молекулы с использованием молекул АТФ. Вновь расщепленные молекулы углерода затем передают электроны NАD+ с образованием NАDH, одновременно создавая четыре дополнительные молекулы АТФ.


После этого пировиноградная кислота потеряет молекулу углерода, превратившись в уксусную кислоту и запустив цикл лимонной кислоты, в котором глюкоза далее расщепляется до CО2, ненужного продукта, по сути, отхода. После этого ферменты, используемые в этом процессе, растворяются внутри митохондрий, фактически перерабатываясь на молекулярном уровне. NАDH образуется при окислении топлива. После этого создается КоА, когда каждая из оставшихся молекул уксусной кислоты связывается с молекулами, называемыми «коэнзимом А», и затем доставляется на первую реакцию цикла лимонной кислоты. На этом этапе КоА удаляется, а затем перерабатывается для повторного присоединения к другой молекуле уксусной кислоты.


В этом цикле уксусная кислота соединяется с дополнительными молекулами углерода, образуя лимонную кислоту. Каждый раз, когда одна из этих молекул начинает цикл в качестве топлива, «израсходуются» две дополнительные молекулы CO2. Этот процесс выполняется один раз для каждой молекулы глюкозы.


Третьей стадией этого процесса является транспорт электронов. На этом этапе электроны, полученные в результате реакций, завершившихся на первых двух этапах, перемещаются по транспортным цепям к кислороду. Внутри внутренней мембраны митохондрий находятся белки и молекулы, составляющие суть этой цепи. В этом транспортном процессе большая часть высвобождаемой энергии генерируется АТФ. Небольшое количество АТФ также вырабатывается в течение первых двух фаз. АТФ является ключом ко всему этому процессу, поскольку определенные количества создаются на каждом этапе и одновременно потребляются на каждом этапе. Это создает самоподдерживающийся клеточный цикл производства и использования энергии.


Фотосинтез подобен клеточному дыханию в том смысле, что это процесс получения энергии. Однако в то время как клеточное дыхание завершается у животных (и некоторых растений) путем преобразования пищи и органических молекул в энергию, фотосинтез — это процесс преобразования энергии источника света, а именно солнца, в химическую энергию для растений, водорослей и некоторых бактерий.


Фотосинтез — это процесс, происходящий внутри органелл, называемых хлоропластами. Эти органеллы способны поглощать свет и находятся внутри листьев. Внутри листа есть крошечные поры, называемые устьицами, через которые может проникать углекислый газ и выходить кислород. Этот процесс обратный тому, которым дышит большинство животных. Как и у животных, процесс фотосинтеза требует воды, хотя вода не попадает в организм, а впитывается корнями растений и транспортируется к листьям.


Устьица, пожалуй, самая важная часть этого процесса, поскольку именно сюда поступает и может храниться CO2, а также выходит вода и O2. Почти противоположность тому, что демонстрирует клеточное дыхание; фотосинтез объединяет молекулы углекислого газа и воду, полученные из его корней, и улавливает энергию света, чтобы начать химический процесс, который создает энергию и ее побочные продукты. Его «отходные» побочные продукты включают глюкозу и газообразный кислород, который выделяется из листьев. Эти «отходы» — это то, что необходимо клеточному дыханию для функционирования, почти идеально завершая жизненный цикл.


Во время фотосинтеза энергия света химически изменяется для связи с молекулами углеводов, которые затем преобразуются в молекулы АТФ, а энергия внутри молекул АТФ затем может быть использована, чтобы позволить процессу повторяться непрерывно и одновременно внутри клеток. Весь этот процесс происходит в две фазы: световые реакции и цикл Кальвина.


На первом этапе, стадии световых реакций, солнечная энергия поглощается в мембранах хлорофилла и химически превращается в АТФ, а электрон переносится NАDPN. Вода расщепляется после отрыва электронов от NАDF+, в результате чего образуется NАDPH, а кислород «тратится» в газообразной форме.


После этого начинается цикл Кальвина. Во время фазы цикла Кальвина результаты световых реакций снабжают клетки энергией для производства топлива или сахара из углекислого газа. Используя АТФ, он способен синтезировать сахар и ответственные за него ферменты, которые всасываются внутри устьиц внутри хлоропласта. Каждый раз, когда этот цикл завершается, производится сахар, а также NАDP+ и некоторое количество АDF с дополнительной фосфатной группой, которые, в свою очередь, соединяются с H2O и запускают легкую фазу реакций, начиная цикл заново.


И клеточное дыхание, и фотосинтез для выполнения этих задач полагаются на ключевые органеллы внутри эукариотической клетки. Существуют некоторые различия в том, как живые существа, растения и грибы получают энергию и, таким образом, используют определенные органеллы, находящиеся внутри эукариотической клетки. Например, хотя пируват поступает в митохондрии, чтобы запустить процесс клеточного дыхания для получения энергии, легко увидеть, что растениям не обязательно иметь такую ​​органеллу, поскольку их преобразование из света в энергию осуществляется фотосинтезом с хлорофиллом. Хотя большинство живых существ не способны подвергаться химическому процессу фотосинтеза, растения проявляют оба процесса одновременно.


Есть несколько важных моментов, на которые направлены эти процессы, чтобы поддерживать баланс жизни в нашей экосистеме. Процессы фотосинтеза и клеточного дыхания чрезвычайно взаимосвязаны, поскольку они обеспечивают энергию для использования растениями и перерабатывают «отходы» друг друга для использования.


Если сильно упростить, люди вдыхают кислород, чтобы поддерживать жизнь своих клеток, и посредством клеточного дыхания они выдыхают «израсходованный» углекислый газ. Растения, с другой стороны, поглощают углекислый газ и в процессе фотосинтеза, химически преобразуя свет в энергию и в процессе клеточного дыхания, «тратят» кислород, который затем перерабатывается другими растениями и людьми, чтобы начать весь процесс сначала. Эта дополнительная реакция – это то, что в глобальном масштабе помогает поддерживать жизнь на многих разных уровнях.


Однако, как мы узнали благодаря усилиям Дарвина, клетки будут развиваться в зависимости от потребностей окружающей среды, чтобы выжить. Большинство растений способны участвовать в процессе фотосинтеза и получать CO2 непосредственно из воздуха, однако в некоторых чрезвычайно жарких и засушливых или даже в холодных климатических условиях различные методы увеличивают шансы растений на выживание и позволяют им продолжать свое существование и производство кислорода для существования жизни.


Прежде чем начнется цикл Кальвина, некоторые растения, классифицированные таким образом по своему процессу, используют разные методы взаимодействия с углеродом. Растения C4 держат свои устьица закрытыми в зависимости от погодных условий и имеют дополнительные ферменты, которые помогают постоянно включать углерод в свои процессы. Растения САМ, которые уже очень привыкли к засушливым местам, позволяют своим устьицам открываться только в определенное время дня, обычно ночью, для поглощения CO2, и способны обрабатывать цикл Кальвина в остальное время, когда устьица закрыты. Оба эти примера показывают, как растения полностью адаптировались к окружающей среде, которая в противном случае нарушила бы химические реакции, через которые проходят растения для создания энергии и кислорода. Естественный отбор гарантировал, что они все еще могут добывать пищу и предоставлять пищу и воздух другим живым существам.


И клеточное дыхание, и фотосинтез имеют схожие цели и циклы с разными химическими результатами. Дополняя друг друга, они обеспечивают углеродным формам жизни необходимую энергию, необходимую для функционирования, а с помощью «отходов», образующихся в результате обоих процессов, они создают парниковый эффект, при котором один может постоянно приносить пользу другому.

コメント


bottom of page