ההבדל בין פוטוסינתזה אירובית לנשימה תאית אנאירובית

נשימה אירובית, נשימה אנאירובית ותסיסה הן שיטות לתאים חיים לייצר אנרגיה ממקורות המזון. בעוד שכל האורגניזמים החיים מנהלים אחד או יותר מהתהליכים הללו, רק קבוצה נבחרת של אורגניזמים מסוגלת פוטוסינתזה מה שמאפשר להם לייצר אוכל מאור השמש. עם זאת, גם באורגניזמים אלה, המזון מופק על ידי פוטוסינתזה מומר לאנרגיה תאית באמצעות נשימה תאית.

מאפיין מובהק של הנשימה האירובית בהשוואה למסלולי התסיסה הוא תנאי מוקדם לחמצן ולתפוקה הרבה יותר גבוהה של אנרגיה למולקולת גלוקוז.

גליקוליזה הוא מסלול התחלתי אוניברסלי נערך בציטופלסמה של תאים לפירוק הגלוקוז לאנרגיה כימית. האנרגיה המשתחררת מכל מולקולה של גלוקוז משמשת להצמדת פוספט לכל אחת מארבע המולקולות של אדנוזין דיפוספט (ADP) לייצור שתי מולקולות של אדנוזין טריפוספט (ATP) ומולקולה נוספת של NADH.

האנרגיה המאוחסנת בקשר הפוספט משמשת בתגובות תאיות אחרות והיא נחשבת לעתים קרובות כ"מטבע "האנרגיה של התא. עם זאת, מכיוון שגליקוליזה דורשת הזנת אנרגיה משתי מולקולות של ATP, התשואה נטו מגליקוליזה היא רק שתי מולקולות של ATP לכל מולקולה של גלוקוז. הגלוקוז עצמו מתפרק לפירובט במהלך הגליקוליזה.

נשימה אירובית מתרחשת במיטוכונדריה בנוכחות חמצן ומניבה את מרבית האנרגיה לאורגניזמים המסוגלים לתהליך. פירובט מועבר למיטוכונדריה ומומר לאצטיל CoA, אשר משולב אז עם אוקסאלואצטט כדי לייצר חומצת לימון בשלב הראשון של מעגל החומצה הציטרית.

הסדרה שלאחר מכן ממירה את חומצת הלימון חזרה לאוקסאלואצטט ומייצרת מולקולות נושאות אנרגיה יחד עם הדרך הנקראת NADH ו- FADH₂.

כל סיבוב במחזור קרבס מסוגל לייצר מולקולה אחת של ATP, ו- 17 מולקולות נוספות של ATP דרך שרשרת הובלת האלקטרונים. מכיוון שגליקוליזה מניבה שתי מולקולות של פירובט לשימוש במחזור קרבס, התשואה הכוללת עבור הנשימה האירובית היא 36 ATP למולקולה של גלוקוז בנוסף לשני ה- ATP המיוצרים במהלך גליקוליזה.

המקבל המסוף של האלקטרונים במהלך שרשרת הובלת האלקטרונים הוא חמצן.

לא להתבלבל איתו נשימה אנאירוביתהתסיסה מתרחשת בהיעדר חמצן בתוך הציטופלזמה של התאים והופכת פירובט לתוצר פסולת כדי לייצר את המולקולות נושאות האנרגיה הדרושות להמשך הגליקוליזה. מכיוון שהאנרגיה היחידה המופקת במהלך התסיסה היא באמצעות גליקוליזה, התשואה הכוללת למולקולה של גלוקוז היא שתי ATP.

בעוד שייצור האנרגיה הוא פחות מהנשימה האירובית באופן משמעותי, התסיסה מאפשרת להמשיך בהמרת הדלק לאנרגיה בהיעדר חמצן. דוגמאות לתסיסה כוללות תסיסה של חומצת חלב בבני אדם ובעלי חיים אחרים תסיסת אתנול לפי שמרים. מוצרי הפסולת ממוחזרים כאשר האורגניזם נכנס מחדש למצב אירובי או מוסר מהאורגניזם.

הנשימה האנאירובית, הנמצאת בפרוקריוטים מובחרים, משתמשת בשרשרת הובלת אלקטרונים כמו נשימה אירובית אך במקום להשתמש בחמצן כמקבל אלקטרונים סופני, ישנם אלמנטים אחרים בשימוש. מקבלים חלופיים אלה כוללים ניטראט, סולפט, גופרית, פחמן דו חמצני ומולקולות אחרות.

תהליכים אלה הם תורמים חשובים למחזור החומרים המזינים בקרקעות וכן לאפשר לאורגניזמים אלה ליישב אזורים שאינם ראויים למגורים בידי אורגניזמים אחרים.

שלא כמו מסלולי הנשימה התאית השונים, פוטוסינתזה משמשת צמחים, אצות וכמה חיידקים לייצור המזון הדרוש לחילוף החומרים. בצמחים פוטוסינתזה מתרחשת במבנים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים ואילו חיידקים פוטוסינתטיים מבצעים בדרך כלל פוטוסינתזה לאורך הרחבות קרומיות של קרום הפלזמה.

ניתן לחלק את הפוטוסינתזה לשני שלבים: ה- תגובות תלויות אור וה תגובות עצמאיות לאור.

במהלך תגובות תלויות אור, אנרגיית אור משמשת להנעת אלקטרונים שהוסרו מהמים וייצור a שיפוע פרוטון שמייצרים בתורם מולקולות בעלות אנרגיה גבוהה המניעות את התגובות שאינן תלויות באור. כאשר האלקטרונים מוסרים ממולקולות מים, מולקולות המים מתפרקות לחמצן ולפרוטונים.

הפרוטונים תורמים לשיפוע הפרוטון אך החמצן משתחרר. במהלך התגובות הבלתי תלויות באור, האנרגיה המופקת במהלך תגובות האור משמשת להפקת מולקולות סוכר מפחמן דו חמצני באמצעות תהליך הנקרא מחזור קלווין.

מחזור קלווין מייצר מולקולה אחת של סוכר על כל שש מולקולות של פחמן דו חמצני. בשילוב עם מולקולות המים המשמשות בתגובות תלויות האור, הנוסחה הכללית לפוטוסינתזה היא 6 ח₂O + 6 CO₂ + אור → C₆ה₁₂או₆ + 6 O₂.