איזה סוג של אורגניזמים משתמשים בנשימה סלולרית?

כל היצורים החיים זקוקים לאנרגיה על מנת לשרוד ולבצע תהליכי חיים. כמה מההבדלים המהותיים ביותר בין אורגניזמים חיים כוללים איך ומה אוכלים.

בין אם אורגניזם מכין מזון משלו או אוכל אורגניזם אחר למאכל, הוא משתמש בתהליך הנשימה התאית כדי להפוך את מזונו לאנרגיה שמישה.

כל היצורים החיים משתמשים בנשימה תאית כדי להפוך מולקולות אורגניות לאנרגיה. נשימה תאית הוא התהליך הכימי של פירוק מולקולות מזון בכדי ליצור אנרגיה בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP). תהליך זה מעמיד לרשות האורגניזם אנרגיה ממולקולות מזון לביצוע תהליכי חיים.

נשימה תאית מתרחשת בדרך כלל בנוכחות חמצן. זה נקרא נשימה אירובית. כאשר חמצן אינו קיים או נמצא בכמויות נמוכות מאוד, נשימה אנאירובית מתרחש.

עבור אורגניזמים מסוימים, כולל חיידקים רבים, הנשימה האנאירובית היא דרך חיים. תְסִיסָה הוא סוג מסוים של נשימה אנאירובית המשמשת שמרים וחיידקים מסוימים.

ניתן לייצג את הנשימה התאית על ידי המשוואה:

ג₆ה₁₂או₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP

ה משוואת נשימה תאית מייצג את התהליך שבאמצעותו מולקולות גלוקוז מגיבות עם חמצן, ויוצרות אנרגיה בצורת ATP כמו גם פחמן דו חמצני ומים כתוצרי לוואי.

נשימה תאית היא סדרה של תגובות כימיות קטנות יותר שיכולות להשתנות בהתאם לסוג האורגניזם; עם זאת, משוואת הנשימה התאית מייצגת את המרכיבים העיקריים של תהליך זה הנפוצים בקרב רוב האורגניזמים.

ניתן לקבץ אורגניזמים חיים לשתי קטגוריות: אוקריוטים ופרוקריוטים. אוקריוטים הם אורגניזמים שלתאים שלהם יש גרעין ואברונים הקשורים לקרום. פרוקריוטים הם אורגניזמים שלתאים חסר גרעין.

אוקריוטים מבצעים נשימה תאית בעזרת המיטוכונדריה. מיטוכונדריה הם אברונים המייצרים את האנזימים הדרושים לזרז את סדרת התגובות המייצרות ATP. המיטוכונדריה נדרשת לבצע נשימה תאית באורגניזמים אוקריוטים. סוגי אורגניזמים עם תאים אוקריוטיים כוללים בעלי חיים, צמחים, פטריות ופרוטיסטים.

לפרוקריוטים אין מיטוכונדריה ומייצרים את האנזימים לנשימה תאית באמצעות קרום התא שלהם. למרות שהם חסרים מיטוכונדריה, סוגים אלה של תאים עדיין יכולים לעבור סוג של נשימה תאית כדי להפוך את מולקולות המזון שלהם לאנרגיה שמישה בצורת ATP.

ישנם שני סוגים עיקריים של אורגניזמים המשתמשים בנשימה תאית: אוטוטרופים והטרוטרופים.

אוטוטרופים הם אורגניזמים שיכולים להכין לעצמם את המזון שלהם. סוגי האורגניזמים שהם אוטוטרופים כוללים צמחים כמו גם כמה חיידקים ופרוטיסטים (כגון אצות).

הטרוטרופים הם אורגניזמים שאינם יכולים להכין בעצמם את האוכל. סוגי האורגניזמים שהם הטרוטרופים כוללים בעלי חיים, פטריות, כמה פרוטיסטים וחיידקים.

אוטוטרופים, הידועים גם בשם מפיקים, ניתן לקבץ לשתי קטגוריות עיקריות: פוטו אוטוטרופים וכימותרוטרופים.

רוב האוטוטרופים הם פוטוטוטרופים, שהם אורגניזמים המשתמשים באור השמש כדי לעשות זאת פוטוסינתזה. פוטוסינתזה היא תהליך הפיכת אנרגיית השמש ליצירת מולקולות גלוקוז.

סוגי אורגניזמים המשתמשים בפוטוסינתזה הם צמחים, כמה חיידקים ופרוטיסטים דמויי צמחים.

הרוב המכריע של הצמחים הם אוטוטרופים וסומכים על פוטוסינתזה כדי להכין את מזונם. כאשר צמחים אינם עוברים פוטוסינתזה, הם משתמשים בנשימה תאית כדי להפוך את מולקולות הגלוקוז שהם מייצרים לאנרגיה בה הם יכולים להשתמש לצורך ביצוע תהליכי חיים.

צמחים "נושמים" חמצן במהלך פוטוסינתזה ונושמים פחמן דו חמצני במהלך הנשימה התאית. לדוגמא זו של נשימה תאית יש השפעה רבה על הרכב האטמוספירה של כדור הארץ.

כימוטוטרופים הם חיידקים שיכולים להכין לעצמם את המזון שלהם אך משתמשים בכימיקלים לתהליך זה במקום באור שמש. כימוטוטרופים עוברים נשימה תאית כדי להפוך מולקולות אורגניות לאנרגיה בה הם יכולים להשתמש.

זוהי דוגמה לנשימה תאית המתרחשת ב מצבים קיצוניים שלרוב נטולי אור וחמצן. אורגניזמים מסוג זה הופכים מולקולות אנאורגניות כגון מימן גופרתי, מתאן או אמוניה למולקולות אורגניות בהן הם יכולים להשתמש למאכל.

אורגניזמים שאינם יכולים להכין בעצמם את האוכל נקראים הטרוטרופים.

מילה נוספת להטרוטרופים היא צרכנים. אורגניזמים אלה חייבים לצרוך מולקולות אורגניות שנוצרו על ידי אורגניזמים אחרים למאכלם. הטרוטרופים יאכלו אוטוטרופים או הטרוטרופים אחרים.

הטרוטרופים נדרשים לצרוך אורגניזמים אחרים או חלקים של אורגניזמים על מנת להשיג את מולקולות המזון שלהם. הם עוברים נשימה תאית על מנת להפוך את המזון שהם אוכלים לאנרגיה שהם יכולים להשתמש בהם.

הטרוטרופים מסתמכים על אוטוטרופים השומרים אנרגיה מהשמש כמו ביומסה שההטרוטרופים יכולים לצרוך. אוטוטרופים המשתמשים בפוטוסינתזה מספקים מעל 99 אחוז מהאנרגיה המשמשת לתמיכה בכל החיים על פני כדור הארץ.