Διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής

Η κύρια διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής είναι ότι η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα όταν το ένζυμο RuBisCO αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα ενώ η φωτοαναπνοή συμβαίνει όταν το ένζυμο RuBisCO αντιδρά με το οξυγόνο. Επιπλέον, η φωτοαναπνοή μειώνει την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης.

Η φωτοσύνθεση και η φωτοαναπνοή είναι δύο διαδικασίες που συμβαίνουν κατά την παραγωγή ενέργειας με τη χρήση του ηλιακού φωτός στα φυτά. Το RuBisCO είναι το αξιόπιστο ένζυμο για εναλλαγή μεταξύ δύο διεργασιών.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η Φωτοσύνθεση
     – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
2. Τι είναι η Φωτοαναπνοή
     – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι

Διοξείδιο του άνθρακα, Σκοτεινή Αντίδραση, Αντίδραση Φωτός, Φωτοαναπνοή, Φωτοσύνθεση, RuBisCO

Τι είναι η Φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία που παράγει γλυκόζη ξεκινώντας από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό χρησιμοποιώντας την ενέργεια από το ηλιακό φως. Φωτοσυνθετικές χρωστικές όπως η χλωροφύλλη, τα καροτενοειδή και οι φυκοβιλίνες παγιδεύουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός. Στα φυτά και τα φύκια, αυτές οι χρωστικές συγκεντρώνονται σε χλωροπλάστες. Το οξυγόνο απελευθερώνεται ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση είναι μια από τις βασικές διαδικασίες που συμβαίνουν στη γη, μετατρέποντας την φωτεινή ενέργεια σε χημική ενέργεια. Η γλυκόζη που παράγεται από τη διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ATP σε μια άλλη διαδικασία που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή.

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης μπορεί να χωριστεί σε δύο:αντίδραση φωτός και σκοτεινή αντίδραση.

Ελαφρύ Αντίδραση

Η αντίδραση φωτός λαμβάνει χώρα στη θυλακοειδή μεμβράνη της grana, οι στοίβες των θυλακοειδών είναι ενσωματωμένες στο στρώμα ενός χλωροπλάστη. Οι φωτοσυνθετικές χρωστικές είναι οργανωμένες σε φωτοκέντρα στη θυλακοειδή μεμβράνη. Το Photosystem II απορροφά ενέργεια φωτός και μεταφέρει σε φωτοκέντρα, επιτρέποντας την παραγωγή ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας. Αυτά τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας κινούνται στο φωτοσύστημα I μέσω του συμπλέγματος του κυτοχρώματος b6f. Περαιτέρω κινούνται μέσω μιας σειράς φορέων φερρεδοξίνης, παράγοντας NADPH. Η ανεπάρκεια ηλεκτρονίων που εμφανίζεται στα φωτοσυστήματα καλύπτεται με τη διάσπαση των μορίων του νερού σε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτόλυση. Τα προκύπτοντα ιόντα υδρογόνου χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ΑΤΡ.

Εικόνα 1:Αντίδραση φωτός

Σκοτεινή αντίδραση

Η φωτεινή αντίδραση ακολουθείται από τη σκοτεινή αντίδραση. Εδώ, το NADPH και το ATP που παράγονται από την αντίδραση φωτός χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γλυκόζης από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η σκοτεινή αντίδραση, η οποία συμβαίνει μέσω του κύκλου C3, ονομάζεται επίσης κύκλος Calvin και εμφανίζεται στο στρώμα του χλωροπλάστη χωρίς τη χρήση φωτός. Η στερέωση του άνθρακα λαμβάνει χώρα στον κύκλο Calvin με τη χρήση του ενζύμου RuBisCO (ριβουλόζη-1,5-διφωσφορική καρβοξυλάση/οξυγενάση), το οποίο στερεώνει ένα άτομο άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα σε RuBP (ριβουλόζη 1,5-διφωσφορική), παράγοντας 3 -φωσφογλυκερικό. Μερικά από τα μόρια του 3-φωσφογλυκερικού μειώνονται για να σχηματίσουν γλυκόζη, ενώ το υπόλοιπο ανακυκλώνεται για την παραγωγή RuBP. Εκτός από τη γλυκόζη, 18 ATP και 12 NADPH παράγονται επίσης κατά τη διάρκεια του κύκλου Calvin.

Η σκοτεινή αντίδραση, η οποία λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια του κύκλου C4, ονομάζεται μονοπάτι Hatch–Slack στο οποίο το διοξείδιο του άνθρακα στερεώνεται πρώτα στο PEP και μετά στο RuBP.

Τι είναι η φωτοαναπνοή

Η φωτοαναπνοή είναι η αναστολή του κύκλου Calvin παρουσία περίσσειας οξυγόνου. Οδηγεί στην απώλεια του ήδη σταθεροποιημένου διοξειδίου του άνθρακα. Ως εκ τούτου, η φωτοαναπνοή μειώνει τη σύνθεση του σακχάρου και σπαταλά την ενέργεια του κυττάρου. Η ικανότητα του RuBisCO να δεσμεύεται με το οξυγόνο είναι υπεύθυνη για τη φωτοαναπνοή. Ως εκ τούτου, παρουσία οξυγόνου, το RuBisCO προσθέτει οξυγόνο  στο RuBP στον κύκλο Calvin αντί για διοξείδιο του άνθρακα. Σε αυτή την αντίδραση παράγονται δύο μόρια:το 3-PGA, το οποίο είναι ενδιάμεσο του κύκλου Calvin, και το φωσφογλυκολικό, το οποίο δεν μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του Calvin. Για το λόγο αυτό, η φωτοαναπνοή κλέβει ή αφαιρεί άνθρακες από τον κύκλο του Calvin. Επιπλέον, τα φυτά χρησιμοποιούν μια σειρά αντιδράσεων για να ανακτήσουν το φωσφογλυκολικό, το οποίο κλέβει και την ενέργεια του κυττάρου. Επομένως, η φωτοαναπνοή θεωρείται ως αναποτελεσματική μέθοδος παραγωγής ενέργειας.

Εικόνα 2:Φωτοαναπνοή και Κύκλος Calvin

Ο κύκλος C4 εξαλείφει αυτό το πρόβλημα με τη διπλή στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα. Καθορίζει το διοξείδιο του άνθρακα σε PEP (φωσφοενολοπυρουβικό) με PEP καρβοξυλάση, παράγοντας οξαλοξικό στα κύτταρα μεσοφύλλης. Η καρβοξυλάση PEP έχει υψηλότερη συγγένεια προς το διοξείδιο του άνθρακα και χαμηλή συγγένεια προς το οξυγόνο. Στη συνέχεια, το οξαλοξικό μετατρέπεται σε μηλικό και μεταφέρεται στα κύτταρα δέσμης-θηκάρι. Το μηλικό διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και πυροσταφυλικό μέσα στα κύτταρα του περιβλήματος της δέσμης, αυξάνοντας τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα μέσα στο κύτταρο. Παρουσία υψηλής συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα, το RuBisCO δεν δεσμεύεται με το οξυγόνο.

Ομοιότητες μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής

• Η φωτοσύνθεση και η φωτοαναπνοή είναι δύο διαδικασίες που συμβαίνουν κατά την παραγωγή γλυκόζης στα φυτά.
• Υποβάλλονται σε ελαφριά αντίδραση.
• Και οι δύο διεργασίες χρησιμοποιούν το ένζυμο RuBisCO.

Διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής

Ορισμός

Η φωτοσύνθεση αναφέρεται στη διαδικασία με την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να συνθέσουν θρεπτικά συστατικά από διοξείδιο του άνθρακα και νερό, ενώ η φωτοαναπνοή αναφέρεται σε μια αναπνευστική διαδικασία με την οποία τα φυτά απορροφούν οξυγόνο στο το φως και εκπέμπουν λίγο διοξείδιο του άνθρακα, σε αντίθεση με το γενικό πρότυπο της φωτοσύνθεσης.

Διοξείδιο του άνθρακα/Οξυγόνο

Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα κυρίως παρουσία διοξειδίου του άνθρακα, ενώ η φωτοαναπνοή λαμβάνει χώρα κυρίως παρουσία οξυγόνου. Αυτή είναι μια κύρια διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής.

Επίδραση του φωτός

Η σκοτεινή αντίδραση της φωτοσύνθεσης εμφανίζεται απουσία φωτός, τη νύχτα, ενώ η φωτοαναπνοή λαμβάνει χώρα παρουσία φωτός, κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Τύπος φυτών

Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα κυρίως στα φυτά C4 ενώ η φωτοαναπνοή συμβαίνει κυρίως στα φυτά C3.

Δραστηριότητα RuBisCO

Το RuBisCO παράγει 3-PGA από το RuBP στη φωτοσύνθεση, ενώ το RuBisCO παράγει 3-PGA και φωσφογλυκολικό από RuBP στη φωτοαναπνοή.

Στερέωση άνθρακα

Η φωτοσύνθεση είναι η κύρια διαδικασία δέσμευσης άνθρακα στα φυτά, ενώ η φωτοαναπνοή σπαταλά μέρος του ήδη σταθεροποιημένου άνθρακα.

Ενεργειακή σταθεροποίηση

Η φωτοσύνθεση είναι η κύρια διαδικασία δέσμευσης ενέργειας στα φυτά, ενώ η φωτοαναπνοή σπαταλά μέρος της ενέργειας που παράγεται από το κύτταρο.

Αποτελεσματικότητα

Μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής είναι η αποτελεσματικότητα της παραγωγής γλυκόζης. Η φωτοσύνθεση είναι μια αποτελεσματική διαδικασία παραγωγής γλυκόζης, ενώ η φωτοαναπνοή είναι μια λιγότερο αποτελεσματική διαδικασία παραγωγής γλυκόζης.

Συμπέρασμα

Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία που εμπλέκεται στην παραγωγή γλυκόζης από διοξείδιο του άνθρακα και νερό χρησιμοποιώντας την ενέργεια από το ηλιακό φως. Κατά τη φωτοσύνθεση, το ένζυμο RuBisCo δεσμεύεται με διοξείδιο του άνθρακα, προσθέτοντάς το στο RuBP. Ωστόσο, η φωτοαναπνοή είναι μια εναλλακτική διαδικασία φωτοσύνθεσης κατά την οποία το ένζυμο RuBisCO συνδέεται με το οξυγόνο στις χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, η φωτοαναπνοή είναι μια λιγότερο αποτελεσματική διαδικασία, καθώς σπαταλά τόσο τον ήδη σταθεροποιημένο άνθρακα όσο και την ενέργεια. Έτσι, μια σημαντική διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής είναι η αποτελεσματικότητα της παραγωγής γλυκόζης.

Αναφορά:

1. Farabee, M J. «PHOTOSYNTHESIS». PHOTOSYNTHESIS, Διαθέσιμο εδώ
2. "Φωτοαναπνοή." Khan Academy, Khan Academy, Διαθέσιμο εδώ

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. «Διάγραμμα φωτοσύνθεσης φωτοαντίδρασης» By BlueRidgeKitties (CC BY 2.0) μέσω flickr
2. «Απλοποιημένο διάγραμμα φωτοαναπνοής» Από τη Rachel Purdon – Δική εργασία (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia