Ποια είναι τα αντιδρώντα της φωτοσύνθεσης και της κυτταρικής αναπνοής;

Τα αντιδρώντα της φωτοσύνθεσης είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό, δηλαδή κατά τη φωτοσύνθεση το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό λαμβάνονται για τη δημιουργία ενέργειας. Τα αντιδρώντα της κυτταρικής αναπνοής είναι γλυκόζη (ζάχαρη) και οξυγόνο, τα οποία προσλαμβάνονται από τα ζώα και τον άνθρωπο για την παραγωγή ενέργειας.

Τα κύτταρα που βρίσκονται τόσο στα φυτά όσο και στα ζώα πρέπει να παράγουν ενέργεια. Τα δέντρα παράγουν ενέργεια μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, η οποία παίρνει την ακατέργαστη ηλιακή ενέργεια από τον ήλιο και τη μετατρέπει σε υδατάνθρακες ή χρησιμοποιήσιμη χημική ενέργεια.

Εν τω μεταξύ, τα κύτταρα που βρίσκονται σε ζώα, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων του σώματός σας, εκτελούν τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής που κάνει το ATP (μια μορφή χρησιμοποιήσιμης ενέργειας).

Η σχέση μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της κυτταρικής αναπνοής

Εκτός από το ότι είναι και οι δύο διαδικασίες που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να δημιουργήσουν ενέργεια, υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ των δύο διεργασιών; Όπως αποδεικνύεται, ναι υπάρχει. Για να μάθετε τι είναι, ας ρίξουμε μια ματιά στις χημικές εξισώσεις που συμβαίνουν τόσο στην κυτταρική αναπνοή όσο και στη φωτοσύνθεση.

Εδώ είναι η εξίσωση για τη φωτοσύνθεση:6CO₂ + 6H₂ O → C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂

Τα αντιδρόντα της φωτοσύνθεσης είναι:

• Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
• Νερό (H2)

Τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι:

• Ενέργεια (C6H12O6)
• Οξυγόνο (O2)

Τααντιδρώντα της κυτταρικής αναπνοής είναι:

• Γλυκόζη (ζάχαρη)
• Οξυγόνο (O2)

Τα προϊόντα της κυτταρικής αναπνοής είναι:

• Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
• Νερό (H2)
• ATP (Ενέργεια)

Αυτή η εξίσωση σημαίνει ότι τα φυτά λαμβάνουν C02 (διοξείδιο του άνθρακα) και νερό, και με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας, το μετατρέπουν σε γλυκόζη και οξυγόνο (O2).

Η εξίσωση για την κυτταρική αναπνοή είναι η εξής:C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂ O

Αυτό σημαίνει ότι η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί γλυκόζη και οξυγόνο και ως αποτέλεσμα απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ουσιαστικά, οι δύο εξισώσεις είναι ακριβώς το αντίθετο μεταξύ τους. Τα ζωικά κύτταρα συνδυάζουν οξυγόνο και υδρογόνο για να σχηματίσουν νερό ως υποπροϊόν, ενώ η γλυκόζη που χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν το ATP (ενέργεια) που χρειάζονται μετατρέπεται ξανά σε διοξείδιο του άνθρακα. Τα φυτά χρησιμοποιούν τόσο αυτό το νερό όσο και το διοξείδιο του άνθρακα για να ενεργοποιήσουν τη φωτοσύνθεση και ως υποπροϊόν απελευθερώνουν οξυγόνο και γλυκόζη.

Η περίπλοκη και αλληλένδετη σχέση της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής είναι μέρος αυτού που είναι γνωστό ως «κύκλος άνθρακα», που επιτρέπει στα μόρια άνθρακα να ανακυκλώνονται και να διασχίζουν ολόκληρη τη βιόσφαιρα. Ο άνθρακας απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα μέσω της αναπνοής από τα ζώα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, ενώ η φωτοσύνθεση από τα φυτά απορροφά το διοξείδιο του άνθρακα και το βγάζει από την ατμόσφαιρα.

αντιδραστήρια φωτοσύνθεσης	Προϊόντα φωτοσύνθεσης	Τα αντιδραστήρια κυτταρικής αναπνοής	Προϊόντα κυτταρικής αναπνοής
Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)	Ενέργεια (C6H12O6)	Γλυκόζη (ζάχαρη)	Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
Νερό (H2)	Οξυγόνο (O2)	Οξυγόνο (O2)	Νερό (H2)
			ATP (Ενέργεια)

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα αντιδρώντα που εμπλέκονται στη διαδικασία του άνθρακα.

Αντιδρώντα της διεργασίας άνθρακα

• C6H12O6 – Ενώ ο τύπος μπορεί τεχνικά να εφαρμοστεί σε έναν αριθμό διαφορετικών μορίων, ανάλογα με το πώς συνδέονται τα μεμονωμένα άτομα μέσα στο μόριο, τα περισσότερα από αυτά είναι διάφοροι τύποι σακχάρων. Ο πιο διάσημος σχηματισμός του C6H12O6 είναι γνωστός ως γλυκόζη, η οποία μπορεί να είναι γνωστή με άλλα ονόματα συμπεριλαμβανομένης της δεξτρόζης και ακόμη και του σακχάρου στο αίμα. Στα κύτταρα των ζώων, η διαδικασία γνωστή ως γλυκόλυση μετατρέπει τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό που παράγει δύο μόρια ATP μαζί με αυτό.
• O2 – Το διοξυγόνο, που συχνά αναφέρεται απλώς ως οξυγόνο, είναι αυτό που χρησιμοποιούσαν για να αναπνέουν τα σπονδυλωτά. Στα σπονδυλωτά, το οξυγόνο μεταφέρεται στους πνεύμονες και λαμβάνεται από τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Η χρήση οξυγόνου επιτρέπει την αποτελεσματικότερη μετατροπή της γλυκόζης σε ATP, αν και το ATP μπορεί επίσης να δημιουργηθεί χωρίς οξυγόνο σε αναερόβιες συνθήκες. Το οξυγόνο αντιπροσωπεύει σχεδόν το 21% της συνολικής μας ατμόσφαιρας.
• CO2 – Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται από μια ποικιλία διαφορετικών μικροοργανισμών τόσο κατά την κυτταρική αναπνοή όσο και κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να εισέλθει στα κύτταρα των φυτών μέσω μικροσκοπικών οπών στα φύλλα των φυτών που ονομάζονται στομία. Μόλις το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται μέσα στα κύτταρα του φυτού, οι χλωροπλάστες στο κύτταρο το χρησιμοποιούν για να υποβληθούν σε φωτοσύνθεση και να δημιουργήσουν υδατάνθρακες. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο του θερμοκηπίου όταν βρίσκεται στην ατμόσφαιρα και συμβάλλει στην παγκόσμια κλιματική αλλαγή.
• H2O – Το νερό βρίσκεται παντού στη γη, και υπάρχει επίσης στα κύτταρα των περισσότερων ζωντανών όντων. Τα φυτά χρειάζονται νερό εκτός από διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακό φως για να παράγουν ενέργεια για φωτοσύνθεση. Τα φυτικά κύτταρα συγκρατούν το νερό σε δομές που ονομάζονται κενοτόπια.

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση απαιτεί πολλά διαφορετικά συστατικά. Η φωτοσυνθετική διαδικασία απαιτεί τη χρήση χρωστικών και πλαστιδίων.

Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί έχουν οργανίδια που αναφέρονται ως πλαστίδια που επιπλέουν στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων τους. Τα πλαστίδια είναι πολυμεμβρανώδη οργανίδια που μπορούν να περιέχουν τόσο χρωστικές όσο και άλλες δομές όπως λίπη και άμυλα. Οι χλωροπλάστες είναι παραδείγματα πλαστιδίων. Όπως τα μιτοχόνδρια στα ζωικά κύτταρα, έχουν τις δικές τους συλλογές γονιδίων μέσα τους και στα φυτά, είναι υπεύθυνα για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε υδατάνθρακες.

Οι χρωστικές είναι αυτές που δίνουν στα φυτά το χρώμα τους, αλλά επιτρέπουν επίσης στα φυτά να παγιδεύουν το φως του ήλιου. Τα διαφορετικά χρώματα των χρωστικών μπορούν να παγιδεύσουν διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Υπάρχουν τρεις κύριες ομάδες χρωστικών και αυτές οι ομάδες είναι τα καροτενοειδή, οι φυκοβιλίνες και οι χλωροφύλλες.

Τα καροτενοειδή έχουν συνήθως κίτρινο, πορτοκαλί ή κόκκινο χρώμα. Αυτά τα χρώματα είναι υπεύθυνα για την απορρόφηση του πράσινου/μπλε φωτός. Μπορείτε να σκεφτείτε το cartone, το οποίο είναι χρωματισμένο πορτοκαλί, ως παράδειγμα καροτενοειδούς. Στην πραγματικότητα, έτσι παίρνουν το χρώμα τους τα καρότα. Οι φυκοβιλίνες είναι είτε κόκκινες είτε μπλε και μπορούν να απορροφήσουν τα μήκη κύματος του φωτός εκτός του μπλε, του κόκκινου και του πορτοκαλί. Παραδείγματα οργανισμών που χρησιμοποιούν φυκοβιλίνες περιλαμβάνουν κόκκινα φύκια και κυανοβακτήρια. Τέλος, οι χλωροφύλλες είναι το πιο διάσημο παράδειγμα χρωστικών για τα φυτά και έχουν πράσινο χρώμα. Οι χλωροφύλλες είναι σε θέση να απορροφούν φως στο μπλε και το κόκκινο μήκη κύματος και μπορούν να υποδιαιρεθούν περαιτέρω σε τρεις διαφορετικές κατηγορίες. Η χλωροφύλλη μπορεί να βρεθεί σε κάθε φυτό φωτοσύνθεσης και υπάρχει μαζί με μια παραλλαγή που ονομάζεται βακτηριοχλωροφύλλη, η οποία είναι ικανή να συλλαμβάνει το φως που υπάρχει στο υπέρυθρο φάσμα. Η βακτηριοχλωροφύλλη βρίσκεται μόνο στα βακτήρια, όπως υποδηλώνει το όνομα.

Διαφορές μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων

Τα φυτικά και ζωικά κύτταρα έχουν και οι δύο καθορισμένες κυτταρικές δομές που είναι συλλογικά υπεύθυνες για την παραγωγή ενέργειας. Τα φυτά έχουν χλωροπλάστες, ενώ τα ζωικά κύτταρα έχουν μια δομή γνωστή ως μιτοχόνδρια που χρησιμοποιούν γλυκόζη και οξυγόνο για να παράγουν διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ενέργεια (καθώς και θερμότητα). Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα φυτικά κύτταρα έχουν επίσης μιτοχόνδρια, αλλά τα ζωικά κύτταρα δεν έχουν χλωροπλάστες. Ωστόσο, τα μιτοχόνδρια που βρίσκονται στα φυτά λειτουργούν λίγο διαφορετικά από τα μιτοχόνδρια που βρίσκονται στα ζωικά κύτταρα. Τα μιτοχόνδρια στα ζωικά κύτταρα χρησιμοποιούνται τόσο για αερόβια αναπνοή όσο και για παραγωγή ενέργειας, ενώ τα μιτοχόνδρια στα φυτικά κύτταρα χρησιμοποιούνται μόνο για την αναπνοή.

Τα φυτικά και ζωικά κύτταρα υπάρχουν σε μια πολύπλοκη και λεπτή ισορροπία. Οι δύο τύποι οργανισμών βασίζονται σε ουσίες που παράγονται από τον άλλο οργανισμό και ο ένας τύπος οργανισμού δεν θα μπορούσε να υπάρξει χωρίς τον άλλο.