Клітинне дихання і фотосинтез. Аеробне клітинне дихання

Фотосинтез і дихання - два процеси, що лежать в основі життя. Вони обидва відбуваються в клітині. Перший - в рослинних і деяких бактеріальних, другий - і в тварин, і в рослинних, і в грибних, і в бактеріальних.

Можна сказати, що клітинне дихання і фотосинтез - процеси, протилежні одна одній. Частково це правильно, тому що при першому поглинається кисень і виділяється вуглекислий газ, а при другому - навпаки. Однак ці два процеси некоректно навіть порівнювати, оскільки вони відбуваються в різних органелах з використанням різних речовин. Цілі, для яких вони потрібні, теж різні: фотосинтез необхідний для отримання поживних речовин, а клітинне дихання - для вироблення енергії.

Фотосинтез: де і як це відбувається?

Це хімічна реакція, спрямована на отримання органічних речовин з неорганічних. Обов`язковою умовою протікання фотосинтезу є присутність сонячного світла, так як його енергія виступає в ролі каталізатора.

Відео: Цикл Кребса / Цикл лимонної кислоти

Фотосинтез, характерний для рослин, можна виразити таким рівнянням:

• 6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂Про₆ + 6О₂.

Тобто з шести молекул діоксиду карбону і стількох же молекул води в присутності сонячного світла рослина може отримати одну молекулу глюкози і шість кисню.

Це найпростіший приклад фотосинтезу. Крім глюкози в рослинах можуть синтезуватися і інші, більш складні вуглеводи, а також органічні речовини з інших класів.

Ось приклад вироблення амінокислоти з неорганічних сполук:

• 6СО₂ + 4Н₂Про + 2SO₄² + 2NO₃^- + 6Н⁺ = 2C₃H₇O₂NS + 13О₂.

Як бачимо, з шести молекул діоксиду вуглецю, чотирьох молекул води, двох сульфат-іонів, двох нітрат-іонів і шести іонів водню з використанням сонячної енергії можна отримати дві молекули цистеїну і тринадцять - кисню.

Процес фотосинтезу відбувається в спеціальних органелах - хлоропластах. У них міститься пігмент хлорофіл, який виступає в ролі каталізатора для хімічних реакцій. Такі органели є тільки в рослинних клітинах.

будова хлоропласта

Це органоїд, який володіє формою витягнутої кулі. Розмір хлоропласта зазвичай становить 4-6 мкм, проте в клітинах деяких водоростей можна виявити гігантські пластиди - хроматофори, розмір яких досягає 50 мкм.

Цей органоїд відноситься до двухмембранной. Він оточений зовнішньої і внутрішньої оболонками. Вони відокремлені один від одного межмембранное простором.

Внутрішнє середовище хлоропласта називається "строма". У ній знаходяться тилакоїди і ламелли.

Тилакоїди - це плоскі дископодібні мішечки з мембран, в яких знаходиться хлорофіл. Саме тут і відбувається фотосинтез. Збираючись в стопки, тилакоїди утворюють грани. Кількість тилакоидов в межі може варіюватися від 3 до 50.

Ламелли - це структури, утворені мембранами. Вони являють собою мережу розгалужених каналів, основна функція яких - забезпечити зв`язок між гранами.

У хлоропластах також містяться свої рибосоми, необхідні для синтезу білків, і власні ДНК і РНК. Крім того, тут можуть перебувати включення, що складаються з запасних поживних речовин, в основному крохмалю.

клітинне дихання

Існує кілька видів даного процесу. Буває анаеробне і аеробне клітинне дихання. Перше характерно для бактерій. Анаеробне дихання буває декількох типів: нітратне, сульфатне, сірчане, залізне, карбонатное, фумаратное. Такі процеси дозволяють бактеріям отримати енергію без використання кисню.

Відео: Аеробний етап клітинного дихання. Окислювальне фосфорилювання. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»

Аеробне клітинне дихання характерно для всіх інших організмів, у тому числі тварин і рослин. Воно відбувається за участю кисню.

У представників фауни клітинне дихання відбувається в спеціальних органелах. Вони називаються мітохондріями. У рослин також клітинне дихання відбувається в мітохондріях.

етапи

Клітинне дихання проходить в три стадії:

1. Підготовчий етап.
2. Гліколіз (анаеробний процес, не вимагає кисню).
3. Окислення (аеробний етап).

Підготовчий етап

Перший етап полягає в тому, що складні речовини в травній системі розщеплюються на більш прості. Таким чином, з білків виходять амінокислоти, з ліпідів - жирні кислоти і гліцерин, зі складних вуглеводів - глюкоза. Ці сполуки транспортуються в клітку, а потім - безпосередньо в мітохондрії.

Відео: Цикл Кребса. Клітинне дихання 1.3

гліколіз

Він полягає в тому, що під дією ферментів глюкоза розщеплюється до піровиноградної кислоти і атомів водню. При цьому утворюється АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Цей процес можна виразити таким рівнянням:

• З₆Н₁₂Про₆ = 2С₃Н₃Про₃ + 4Н + 2АТФ.

Таким чином, в процесі гліколізу з однієї молекули глюкози організм може отримати дві молекули АТФ.

окислення

На даному етапі утворилася під час гліколізу пировиноградная кислота під дією ферментів реагує з киснем, в результаті чого утворюється вуглекислий газ і атоми водню. Ці атоми потім транспортуються на Крісті, де окислюються, утворюючи воду і 36 молекул АТФ.

Отже, в процесі клітинного дихання в цілому утворюється 38 молекул АТФ: 2 на другому етапі і 36 - на третьому. Аденозинтрифосфорная кислота і є основне джерело енергії, яким мітохондрії постачають клітину.

структура мітохондрій

Органели, в яких відбувається дихання, є і в тварин, і в рослинних, і в грибних клітинах. Вони володіють кулястою формою і розміром близько 1 мікрона.

Мітохондрії, як і хлоропласти, мають дві мембрани, розділені межмембранное простором. Те, що знаходиться всередині оболонок цього органоида, називається матриксом. У ньому знаходяться рибосоми, мітохондріальна ДНК (мтДНК) і мтРНК. У матриксі проходить гліколіз і перша стадія окислення.

З внутрішньої мембрани формуються складки, схожі на гребені. Вони називаються кристами. Тут проходить друга стадія третього етапу клітинного дихання. Під час неї утворюється найбільше молекул АТФ.

Відео: Загальна схема електрон-транспортного ланцюга. Клітинне дихання 2.1

Походження двухмембранной органоїдів

Вченими доведено, що структури, які забезпечують фотосинтез і дихання, з`явилися в клітці шляхом симбиогенеза. Тобто колись це були окремі організми. Цим пояснюється те, що і в мітохондріях, і в хлоропластах є свої рибосоми, ДНК і РНК.