ფოტოსინთეზისა და უჯრედული სუნთქვის მეტაბოლური გზები

ფოტოსინთეზისა და უჯრედული სუნთქვის ციკლი გამოიყენება მცენარეთა და სხვა ორგანიზმებისათვის გამოსადეგი ენერგიის შესაქმნელად. ეს პროცესები ხდება ორგანიზმთა უჯრედებში მოლეკულურ დონეზე. ამ მასშტაბით, ენერგიის შემცველი მოლეკულების გატარება ხდება მეტაბოლური პროცესების მეშვეობით, რაც იძლევა ენერგიას, რომლის დაუყოვნებლად გამოყენებაც შეიძლება. ენერგიის ერთი ასეთი წყარო მზადდება ფოტოსინთეზში; სხვა ინახება ბატარეასავით, როგორც ფიჭური სუნთქვის დროს.

მცენარეები იღებენ სინათლის ენერგიას ფოთლების მცირე ფორების საშუალებით, რომელსაც ეწოდება სტომატა და გარდაქმნიან მას ორგანიზმებში, სახელწოდებით ქლოროპლასტებში, რომლებიც მდებარეობს მცენარეთა უჯრედებში ფოთლებსა და მწვანე ღეროებში. Organelles არის უჯრედის სპეციალიზებული ნაწილები, რომლებიც ფუნქციონირებს ორგანოს მსგავსი გზით. ენერგია გამოიყენება ამ პროცესში ნახშირორჟანგისა და წყლის ნახშირწყლებად გადასაკეთებლად, როგორიცაა გლუკოზა და მოლეკულური ჟანგბადი.

ფოტოსინთეზი არის ორნაწილიანი მეტაბოლური პროცესი. ფოტოსინთეზის ბიოქიმიური გზის ორი ნაწილია ენერგიის ფიქსაციის რეაქცია და ნახშირბადის დამაფიქსირებელი რეაქცია. პირველი აწარმოებს ადენოზინტრიფოსფატს (ATP) და ნიკოტინამიდის ადენინ დინუკლეაოტიდის ფოსფატის წყალბადის (NADPH) მოლეკულებს. ორივე მოლეკულა შეიცავს ენერგიას და გამოიყენება ნახშირბადის დამაგრების რეაქციაში გლუკოზის წარმოქმნის მიზნით.

ფოტოსინთეზის ენერგიის დამაფიქსირებელი რეაქციის დროს ელექტრონები გადიან კოფერმენტებისა და მოლეკულების საშუალებით, სადაც ისინი გამოყოფენ თავიანთ ენერგიას. ელექტრონების უმეტესობა ჯაჭვის გასწვრივ გაივლის, მაგრამ ამ ენერგიის ნაწილი გამოიყენება პროტონის წყალბადის სახით თილაკოიდული გარსის გადასაადგილებლად ქლოროპლასტში. შემდეგ შენახული ენერგია გამოიყენება ATP და NADPH სინთეზისთვის.

ნახშირბადის დამაფიქსირებელი რეაქციის დროს, ენერგიის დამაგრების რეაქციაში წარმოქმნილი ATP და NADPH ენერგია გამოიყენება ნახშირწყლების გლუკოზად და სხვა შაქარებად და ორგანულ ნივთიერებაებად გადასაქცევად. ეს ხდება კალვინის ციკლის საშუალებით, რომელსაც მკვლევარ მელვინ კალვინს უწოდებენ. ციკლი იყენებს ნახშირორჟანგს, რომელიც ატმოსფეროდან არის მიღებული. წყალბადი NADPH– დან, ნახშირბადი ნახშირორჟანგიდან და ჟანგბადი წყლისგან აერთიანებს და ქმნის გლუკოზის მოლეკულებს, რომლებიც აღინიშნება C₆ჰ₁₂ო₆.

ორგანიზმები იყენებენ უჯრედულ სუნთქვას ნახშირწყლების ენერგიად გადასაქცევად და ეს პროცესი ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში. ნახშირწყლებიდან გამოყოფილი ენერგია ინახება ATP მოლეკულებში. ეს მოლეკულები წარმოიქმნება ნახშირწყლებისგან მიღებული ენერგიის გამოყენებით ადენოზინის დიფოსფატის (ADP) მოლეკულების და ფოსფატის იონების შერწყმის მიზნით. შემდეგ უჯრედები იყენებენ ამ შენახულ ენერგიას ენერგიაზე დამოკიდებული სხვადასხვა პროცესებისთვის.

უჯრედული სუნთქვის დროს ასევე წარმოიქმნება წყალი და ნახშირორჟანგი. პროცესი, რომელიც ამ სამ პროდუქტს იძლევა, შედგება ოთხი ნაწილისგან: გლიკოლოზი, კრებსის ციკლი, ელექტრონების ტრანსპორტირების სისტემა და ქიმიოსმოზი.

გლიკოლოზის დროს გლუკოზა იშლება პიროვინის მჟავის ორ მოლეკულად. ამ პროცესში წარმოიქმნება ორი ATP მოლეკულა. გლიკოლოზის დროს მიიღება აგრეთვე ორი ნიკოტინამიდის ადენინის დინუკლეოტიდის (NADH) მოლეკულა, რომლებიც გამოყენებული იქნება ელექტრონების ტრანსპორტირების სისტემაში.

კრებსის ციკლში, გლიკოლოზის დროს წარმოქმნილი პიროვიკის მჟავის ორი მოლეკა გამოიყენება NADH- ის შესაქმნელად. ეს ხდება, როდესაც წყალბადს ემატება NAD. კრებსის ციკლის დროს ასევე წარმოებულია ორი ATP მოლეკულა.

პროცესში გამოთავისუფლებული ნახშირბადის ატომები ჟანგბადთან ერთადაა წარმოქმნილი ნახშირორჟანგი. ციკლის დასრულებისას ექვსი ნახშირორჟანგის მოლეკულა გამოიყოფა. ეს ექვსი მოლეკულა შეესაბამება ნახშირბადის ექვს ნახშირბადის ატომს, რომლებიც თავდაპირველად გამოიყენებოდა გლიკოლოზის დროს.

ციტოქრომები (უჯრედების პიგმენტები) და კოენზიმები მიტოქონდრიებში ქმნიან ელექტრონების ტრანსპორტირების სისტემას.

NAD– დან აღებული ელექტრონები ტრანსპორტირდება ამ გადამზიდავი და გადამტანი მოლეკულების საშუალებით. სისტემის გარკვეულ წერტილებში, NADH– დან წყალბადის ატომების სახით პროტონები ტრანსპორტირდება მემბრანის გასწვრივ და გამოიყოფა მიტოქონდრიის გარე უბანში. ჟანგბადი არის ჯაჭვის ბოლო ელექტრონული მიმღები. ელექტრონის მიღებისას, ჟანგბადი უკავშირდება გამოყოფილ წყალბადს და ქმნის წყალს.