التمثيل الضوئي مقابل. التنفس الخلوي في تدفق الإلكترون

يعتبر التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي صورًا كيميائية معكوسة تقريبًا لبعضها البعض. عندما كان لدى الأرض كمية أقل من الأكسجين في الهواء ، استخدمت الكائنات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون وأنتجت الأكسجين كمنتج ثانوي. اليوم ، تستخدم النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء هذه العملية المماثلة من التمثيل الضوئي. تطورت جميع الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك الحيوانات ، للاستفادة من بعض أشكال التنفس الخلوي.

يستفيد كل من التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي على نطاق واسع من تسخير الطاقة من الإلكترونات المتدفقة لدفع عملية تخليق المنتج. المنتج الرئيسي في عملية التمثيل الضوئي هو الجلوكوز، بينما في التنفس الخلوي ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

هناك فرق كبير بين التنفس داخل الكائنات حقيقية النواة وبدائية النواة. تعتبر كل من النباتات والحيوانات حقيقية النواة لأنها تحتوي على عضيات معقدة داخل الخلية. النباتات ، على سبيل المثال ، الاستفادة من التمثيل الضوئي في غشاء الثايلاكويد داخل البلاستيدات الخضراء.

حقيقيات النوى التي تستخدم التنفس الخلوي لها عضيات تسمى الميتوكوندريا، والتي تشبه نوعًا ما محطة طاقة الخلية. قد تستخدم بدائيات النوى إما التمثيل الضوئي أو التنفس الخلوي ، ولكن نظرًا لأنها تفتقر إلى العضيات المعقدة ، فإنها تنتج الطاقة بطرق أبسط. تفترض هذه المقالة وجود مثل هذه العضيات ، لأن بعض بدائيات النوى لا تستخدم حتى سلسلة نقل الإلكترون. بمعنى ، قد تفترض أن هذه المناقشة تتعلق بالخلايا حقيقية النواة (أي تلك الموجودة في النباتات والحيوانات والفطريات).

في عملية التمثيل الضوئي ، تحدث سلسلة نقل الإلكترون في بداية العملية ، ولكنها تأتي في نهاية العملية في التنفس الخلوي. ومع ذلك ، فإن الاثنين ليسا متشابهين تمامًا. بعد كل شيء ، فإن تحطيم المركب لا يماثل جلفنة إنتاج المركب.

الشيء المهم الذي يجب تذكره هو أن كائنات التمثيل الضوئي تحاول تحفيز الجلوكوز كمصدر للغذاء بينما الكائنات الحية التي تستخدم التنفس الخلوي تكسر الجلوكوز إلى ATP ، وهو الناقل الرئيسي للطاقة لـ زنزانة.

من المهم أن نتذكر أن التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي يحدثان في الخلايا النباتية. غالبًا ما يُخطئ التمثيل الضوئي على أنه "نسخة" من التنفس الخلوي أكثر مما يحدث في حقيقيات النوى الأخرى ، لكن هذا ليس هو الحال.

يستخدم التمثيل الضوئي الطاقة التي يتم الحصول عليها من الضوء لتحرير الإلكترونات من أصباغ الكلوروفيل التي تجمع الضوء. لا تحتوي جزيئات الكلوروفيل على إمداد غير محدود من الإلكترونات ، لذا فهي تستعيد الإلكترون المفقود من جزيء الماء. ما تبقى هو الإلكترونات وأيونات الهيدروجين (جزيئات الهيدروجين المشحونة كهربائيًا). يتم تكوين الأكسجين كمنتج ثانوي ، ولهذا يتم طرده إلى الغلاف الجوي.

في التنفس الخلوي ، تحدث سلسلة نقل الإلكترون بعد تكسير الجلوكوز بالفعل. ثمانية جزيئات من نادف واثنين من جزيئات FADH₂ يبقى. تهدف هذه الجزيئات إلى التبرع بالإلكترونات وأيونات الهيدروجين لسلسلة نقل الإلكترون. تحفز حركة الإلكترونات أيونات الهيدروجين عبر غشاء الميتوكوندريا.

نظرًا لأن هذا يشكل تركيزًا من أيونات الهيدروجين على جانب واحد ، فإنها مضطرة للعودة إلى داخل الميتوكوندريا ، والتي تحفز تخليق ATP. في نهاية العملية ، يتم قبول الإلكترونات عن طريق الأكسجين ، والذي يرتبط بعد ذلك بأيونات الهيدروجين لإنتاج الماء.

تعكس الخطوة الأخيرة في التنفس الخلوي بداية عملية التمثيل الضوئي ، التي تفصل الماء عن بعضها وتنتج الإلكترونات والأكسجين وأيونات الهيدروجين. باستخدام هذه المعرفة ، قد تكون قادرًا أيضًا على التنبؤ بأن عملية التمثيل الضوئي تتضمن حركة أيونات الهيدروجين عبر غشاء الثايلاكويد من أجل تحفيز إنتاج ATP. ثم يتم قبول الإلكترونات بواسطة NADPH (ولكن ليس FADH₂ في التمثيل الضوئي). تدخل هذه المركبات في عملية مثل عملية التنفس الخلوي بشكل عكسي حتى تتمكن من تصنيع الجلوكوز لاستخدام الطاقة داخل الخلية.