Вместе процессы фотосинтез а также клеточное дыхание позволить жизни на Земле собирать энергию для использования в других реакциях. Помимо организмов, которые зависят от серы вблизи гидротермальных источников, большая часть жизни на Земле зависит от сахара глюкозы. Глюкоза создается в процессе фотосинтеза. Клеточное дыхание включает распад глюкозы и накопление энергии, поступающей в молекула СПС. Растения создают свою собственную энергию посредством фотосинтеза, а также используют клеточное дыхание для производства АТФ. Животные должны полагаться на сахар, который они собирают с растений, чтобы поставлять свои митохондрии материал для производства АТФ.
Процесс фотосинтеза
Фотосинтез является основным процессом, который движет жизнью на Земле. Посредством фотосинтеза энергия солнца захватывается в связях органических молекул. Эти молекулы, молекулы глюкозы, являются основой всей жизни на Земле. Глюкоза будет использоваться в процессе клеточного дыхания для использования химической энергии, хранящейся в ковалентные связи сахара.
Фотосинтез происходит в листьях и зеленых частях растений. Органеллы внутри растение клетки, известные как хлоропласты, содержат специализированные белки, способные взаимодействовать со светом. Цитохромы являются этими специализированными белками, которые прикрепляются к гем группа. Группы гема также связаны с гемоглобином, в кровь клетки. Вместо железа эти гемовые клетки связывают магний. Сложная структура гема взаимодействует с проходящими через них фотонами света.
хлоропласт использует энергию, получаемую от этих фотонов и их взаимодействия с цитохромами и другими белками, чтобы стимулировать образование глюкозы. Для этого хлоропласты объединят единицы диоксида углерода в цепочки из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Это глюкоза, которая затем может быть модифицирована и объединена с другими молекулами глюкозы для хранения в виде крахмалов и сложных сахаров, таких как фруктоза.
Реакция фотосинтеза
Реакция фотосинтеза состоит из двух частей, обычно называемых реакциями Света и Calvin Cycle, Весь процесс фотосинтеза можно увидеть ниже.
АТФ и НАДФН затем используются в цикле Кальвина, серии реакций, которые перерабатывают эти электронные носители и производят глюкозу. Энергия внутри и молекулы водорода используются для активизации реакций на протяжении всего цикла. Цикл Кальвина состоит из трех фаз: фиксации углерода, восстановления и регенерации рибозы. Эти реакции можно увидеть на изображении ниже. Обратите внимание, что добавление одного диоксида углерода за один ход реакции дает 3-углеродную молекулу 3-фосфоглицерата. Две из этих молекул затем объединяются для получения глюкозы, между прочим.
Клеточное дыхание происходит в митохондриях, небольшой органеллы похож на хлоропласты. В то время как хлоропласты встречаются только в растениях, митохондрии встречаются у всех живых эукариот. Растения обеспечивают всю глюкозу, необходимую их клеткам, и даже больше. Эту дополнительную глюкозу они хранят в виде крахмалов и сложных сахаров. Животные, да и вся пищевая цепь, зависят от глюкозы, вырабатываемой растениями.
Клеточная реакция дыхания
Первый процесс клеточного дыхания, гликолиз, это именно то, что следует из его названия. «Глико» относится к глюкозе, где «-лизис» относится к чему-то, что разделено или разделено пополам. Гликолиз происходит в пределах цитозоль клетки, за пределами митохондрий. В этом процессе 6-углеродная молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пируват.
Эти 3-углеродные молекулы затем преобразуются в ацетил-КоА на следующем этапе. Эта молекула будет неотъемлемой частью Цикл Кребса, Ацетил-КоА также способен переноситься в митохондрии, где цикл Кребса и окислительного фосфорилирования состоится. Это можно увидеть на диаграмме ниже. Надписи справа показывают, где происходят различные реакции.
Эта цепь переноса электронов использует ряд управляемых электронами ферментов, которые специализируются на связывании рыхлых фосфатных групп с ADP. При этом они накапливают энергию в связи между этими молекулами и создают АТФ. Эти молекулы АТФ затем экспортируются из митохондрий и могут использоваться по всей клетке для обеспечения энергии в других реакциях. Например, АТФ используется для накачки ионов из клеток, создавая электрический потенциал, необходимый для нервных реакций. Есть множество других примеров.
Клеточное дыхание, фотосинтез и эволюция
В теории эволюции происхождение жизни на Земле крайне недоказано. Тем не менее, существует большое количество доказательств, указывающих на тот факт, что вся жизнь имеет общего предка. Этот предок затем разошелся за сотни миллионов лет на миллионы вид мы видим на Земле сегодня. Процесс эндосимбиоза объясняет эту сложность.
бактерии простейшие организмы, скорее всего, представляют собой довольно неизменную версию первой формы жизни. Бактерии не имеют органелл и завершают все реакции, необходимые для метаболизма, в одном отделении. Многие бактерии способны завершить гликолиз, который может обеспечить их энергией. Другие способны фотосинтезировать, как примитивные одноклеточные растения.
В соответствии с Эндосимбиотическая теория эти древние бактерии начали взаимодействовать, и процессы эволюции загнали их в разные ниши в окружающей среде. Некоторые будут использовать солнечный свет, а другие будут питаться ими. В конце концов, некоторые из хищных бактерий стали довольно большими. Как таковые, они могут принимать в больших количествах меньшие бактерии. Вместо того чтобы переваривать их, они создали безопасное пространство для них и помогли им производить больше энергии. Таким образом, меньшие эндосимбиотические бактерии стали первыми органеллами.
Эта теория предполагает, что хлоропласты изначально были фотосинтезирующими бактериями, а митохондрии изначально были бактериями, способными к окислительному фосфорилированию. Более крупные бактерии стали эукариотами и разработали другие органеллы. Эта теория подтверждается данными о том, что и хлоропласты, и митохондрии окружены двойными мембранами, предполагаемым остатком процесса поглощения предками. Кроме того, и митохондрии, и хлоропласты содержат кусочки кольцевой ДНК, аналогичные тем, которые обнаружены у бактерий. Эта ДНК реплицируется отдельно от основной ДНК, найденной в ядре.
Клеточное дыхание, фотосинтез и экология
Сотни миллионов лет после этого разделения органелл, и эволюция дала нам то, что мы видим сегодня. Растения связаны с водоросли, которые связаны с фотосинтезирующими бактериями. Животные относятся к древним организмам, которые не получали фотосинтетических эндосимбионтов, а вместо этого полагались на потребление других организмов.
Внизу пищевой цепи сидят фотосинтезирующие организмы. Они формируют самую большую биомассу на Земле, ограниченную только количеством солнечного света, питательных веществ и воды, которую они получают. На один шаг выше растений и водорослей, травоядные используют добычу, которую производят растения. Некоторые из крупнейших животных в мире, такие как слон, являются полностью травоядными. Но есть травоядные животные любого размера, вплоть до кузнечиков и крошечных насекомых. Поскольку растительноядное животное должно потреблять много фотосинтезирующих организмов, чтобы расти, на этом уровне пищевой цепи гораздо меньше организмов.
Точно так же есть намного меньше плотоядных, чем травоядных, потому что они должны питаться многими меньшими организмами в течение своей жизни, чтобы расти и размножаться. Таким образом, вся пищевая цепь и экология в целом всецело основано на процессах фотосинтеза и клеточного дыхания. Экология – это также изучение того, как различные организмы взаимодействуют друг с другом при проведении этих реакций.
викторина
1. Что из перечисленного НЕ является разницей между фотосинтезом и клеточным дыханиемA. Только один использует солнечный светB. Только один расщепляет глюкозуC. Только один полагается на цикл молекул углерода
Ответ на вопрос № 1
С верно. Цикл Кребса и цикл Кельвина, хотя и различаются по своим выходам, зависят от цепочки молекул углерода, которые постоянно перерабатываются. Молекулы разные, но процессы очень похожи.
2. Как люди, ваши клетки полагаются на глюкозу, чтобы функционировать. Откуда эта глюкоза?A. Твое телоB. растенияC. Мясо
Ответ на вопрос № 2
В верно. Вся пища, которую вы потребляете, когда-то была растением. Если вы едите мясо, то питательные вещества, которые вы получаете от этого мяса, – это те же питательные вещества, которые животное съело до того, как умерло. Даже белок и жир у животных – это просто повторное использование белка и глюкозы, содержащихся в растениях.
3. Какие из следующих вещей будут наиболее разрушительными для экосистема ?A. Вся трава на лугу убита гербицидом.B. Все бабочки на лугу убиты пестицидом.C. Все птицы на лугу убиты охотниками.
Ответ на вопрос № 3
верно. Без травы вся пищевая цепь рухнет. Два других примера представляют более высокие уровни пищевой цепи. Без травы умерли бы все насекомые и все птицы. Но также помните, что ни один из вариантов не является хорошим. Без птиц насекомые могут съесть всю траву, и результат будет тот же.
Ссылки
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., Bretscher, A.,. , , Мацудайра, П. (2008). Молекулярно-клеточная биология (6-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.
- McMahon, M.J., Kofranek, A.M. & Rubatzky, V.E. (2011). Наука о растениях: рост, развитие и использование культурных растений (5-е изд.). Бостон: Прентинс Холл.
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимия, Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.