როგორ არის უჯრედული სუნთქვა და ფოტოსინთეზი თითქმის საწინააღმდეგო პროცესები?

უჯრედების სუნთქვა და ფოტოსინთეზი არსებითად საპირისპირო პროცესებია. ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომლის დროსაც ორგანიზმები ქმნიან მაღალენერგეტიკულ ნაერთებს - განსაკუთრებით შაქრის გლუკოზას - ნახშირორჟანგის (CO₂). უჯრედული სუნთქვა, გულისხმობს გლუკოზის და სხვა ნაერთების დაშლას ქიმიური „დაჟანგვის“ გზით. ფოტოსინთეზი მოიხმარს CO₂ და წარმოქმნის ჟანგბადს. უჯრედული სუნთქვა მოიხმარს ჟანგბადს და გამოიმუშავებს CO₂.

ფოტოსინთეზის დროს, სინათლის ენერგია გარდაიქმნება ატომებს შორის ბმულების ქიმიურ ენერგიად, რომლებიც ენერგიის პროცესებს ახდენს უჯრედებში. ფოტოსინთეზი ორგანიზმებში გაჩნდა 3.5 მილიარდი წლის წინ, განვითარდა რთული ბიოქიმიური და ბიოფიზიკური მექანიზმები და დღეს გვხვდება მცენარეებსა და ერთუჯრედიან ორგანიზმებში. სწორედ ფოტოსინთეზის გამო დედამიწის ატმოსფერო და ზღვები შეიცავს ჟანგბადს.

ფოტოსინთეზში, CO₂ და მზის შუქს იყენებენ გლუკოზის (შაქრის) და მოლეკულური ჟანგბადის წარმოებისთვის₂). ეს რეაქცია ხდება ორი ეტაპის რამდენიმე საფეხურის გავლით: სინათლის ფაზა და ბნელი ფაზა.

სინათლის ფაზაში სინათლის ენერგია აძლიერებს რეაქციებს, რომლებიც წყალს ანაწილებს და ჟანგბადს გამოყოფს. ამ პროცესში წარმოიქმნება მაღალი ენერგიის მოლეკულები, ATP და NADPH. ამ ნაერთებში არსებული ქიმიური ბმები ენერგიას ინახავს. ჟანგბადი არის სუბპროდუქტი და ფოტოსინთეზის ეს ეტაპი წარმოადგენს უჯრედული სუნთქვის პროცესის ჟანგვითი ფოსფორილაციის საწინააღმდეგოს, რომელიც განხილულია ქვემოთ, რომელშიც ჟანგბადი მოიხმარენ.

ფოტოსინთეზის ბნელი ფაზა ასევე ცნობილია როგორც კალვინის ციკლი. ამ ფაზაში, რომელიც იყენებს მსუბუქი ფაზის პროდუქტებს, CO₂ გამოიყენება შაქრის, გლუკოზის დასამზადებლად.

უჯრედული სუნთქვა არის სუბსტრატის ბიოქიმიური დაშლა დაჟანგვის გზით, სადაც ელექტრონები არიან სუბსტრატიდან გადადის "ელექტრონის მიმღებში", რომელიც შეიძლება იყოს ნებისმიერი ნაერთი, ან ჟანგბადი ატომები. თუ სუბსტრატი ნახშირბადის და ჟანგბადის შემცველი ნაერთია, მაგალითად, გლუკოზა, ნახშირორჟანგი (CO)₂) წარმოიქმნება გლიკოლიზის, გლუკოზის დაშლის შედეგად.

გლიკოლიზი, რომელიც ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში, არღვევს გლუკოზას პიროვატად, უფრო "დაჟანგულ" ნაერთად. საკმარისი ჟანგბადის არსებობის შემთხვევაში, პიროვატი გადადის სპეციალურ ორგანელებში, რომლებსაც უწოდებენ მიტოქონდრიებს. იქ ის იშლება აცეტად და CO₂. კომპანია₂ გამოშვებულია. აცეტატი შედის რეაქციის სისტემაში, რომელიც ცნობილია როგორც კრებსის ციკლი.

კრებსის ციკლში აცეტატი კიდევ უფრო იშლება ისე, რომ მისი დარჩენილი ნახშირბადის ატომები გამოიყოფა CO– ს სახით₂. ეს ეწინააღმდეგება ფოტოსინთეზის ერთ ასპექტს, ნახშირბადის შეკავშირებას CO– სგან₂ ერთად გავაკეთოთ შაქარი. CO- ს გარდა₂, კრებსის ციკლი და გლიკოლიზი იყენებენ ენერგიას სუბსტრატების ქიმიური ბმებიდან (მაგალითად, გლუკოზა) და ქმნიან მაღალენერგეტიკულ ნაერთებს, როგორიცაა ATP და GTP, რომლებსაც იყენებენ უჯრედების სისტემები. ასევე წარმოებულია მაღალენერგეტიკული, შემცირებული ნაერთები: NADH და FADH2. ეს ნაერთები არის ელექტრონები, რომლებიც იკავებენ თავდაპირველად წარმოქმნილ ენერგიას გლუკოზა ან სხვა საკვები ნაერთი გადადის შემდეგ პროცესში, რომელსაც ელექტრონების ტრანსპორტი ეწოდება ჯაჭვი.

ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვში, რომელიც ცხოველთა უჯრედებში მდებარეობს ძირითადად მიტოქონდრიის შიდა გარსებზე, შემცირებულია ისეთი პროდუქტები, როგორიცაა NADH და FADH2 გამოიყენება პროტონის გრადიენტის შესაქმნელად - დისბალანსი დაწყვილებული წყალბადის ატომების კონცენტრაციაში ერთ მხარეს გარსი vs. სხვა. პროტონის გრადიენტი, თავის მხრივ, განაპირობებს მეტი ATP- ის წარმოებას, პროცესში, რომელსაც ეწოდება ჟანგვითი ფოსფორილაცია.

საერთო ჯამში, ფოტოსინთეზი გულისხმობს ელექტრონების ენერგიულობას სინათლის ენერგიით, რათა შეამცირონ (დაამატოთ ელექტრონები) CO2 უფრო დიდი ნაერთის (გლუკოზის) შესაქმნელად და წარმოქმნას ჟანგბადი, როგორც სუბპროდუქტი. ფიჭური სუნთქვა, მეორეს მხრივ, გულისხმობს ელექტრონების სუბსტრატს (მაგალითად, გლუკოზა) მოცილებას, რაც დაჟანგვა და ამ პროცესში სუბსტრატი დეგრადირდება ისე, რომ ნახშირბადის ატომები გამოიყოფა CO2– ს სახით, ხოლო ჟანგბადი მოხმარებული. ამრიგად, ფოტოსინთეზი და უჯრედული სუნთქვა თითქმის საპირისპირო ბიოქიმიური პროცესებია.