معلومة

كيف يمكن لعدد قليل من الحيوانات فقط القيام بعملية التمثيل الضوئي؟


بقدر ما أفهم ، كل الطاقة التي تعتمد عليها الكائنات الحية تأتي من الشمس. تتم معالجتها بواسطة النباتات في عملية التمثيل الضوئي. تستهلك الحيوانات العاشبة هذه النباتات ، والتي بدورها تستهلكها الحيوانات آكلة اللحوم. تتدفق الطاقة بهذه الطريقة ، مع كون التمثيل الضوئي هو الأساس الحاسم لجميع الطبقات الأخرى.

قبل يومين كنت أتساءل ، لماذا لا تقوم الحيوانات بعملية التمثيل الضوئي؟ تتحدث هذه القصة عن عدد قليل من الحيوانات الغريبة التي يمكنها القيام بعملية التمثيل الضوئي ، ولكن يبدو أنها حالة متطرفة.

يبدو أن هناك قاعدة عامة: يمكن لمخلوق أن يقوم بعملية التمثيل الضوئي ، ولا يمكنه التحرك. لماذا هو كذلك؟ ألن يكون من المفيد للثدييات الشبيهة بالحيوانات العاشبة أن تكون قادرة على إنتاج السكريات مباشرة من ضوء الشمس؟ لن يضطروا للرعي على الإطلاق ، فقط ابحثوا عن الماء وضوء الشمس. من المحتمل أن يكون لديهم وقت أسهل في تجنب الحيوانات المفترسة والتوسع في المزيد من الأراضي.

هل يمكنك التفكير في سبب وجيه لعدم انتشار مثل هذه المخلوقات مطلقًا؟


كل شيء عن الطاقة.

من المقدر أن تستهلك 5000 متر مربع من النباتات لإطعام الإنسان العادي في العالم المتقدم ، بينما يعطي المصدر نفسه أقل ما يمكن للإنسان في ظل ظروف مثالية بمساحة 700 متر مربع. وبالمقارنة ، فإن الشخص العادي يغطي أقل من متر مربع واحد. في حين أن هناك الكثير من النفايات (الحيوانات قادرة على أكل نسبة قليلة فقط من الطاقة التي ينتجها النبات) ، فإن إجمالي الطاقة المتاحة من عملية التمثيل الضوئي لا تزال أقل من المتطلبات اليومية لحيوان نموذجي.

حتى في حالة البزاقة التي ربطتها (والتي تتوقع أنها ستحتاج إلى أقل قدر ممكن من الطاقة لحيوان متنقل) ، يبدو أنها تحصل على القليل من طاقتها الفعلية أو لا تحصل على أي من طاقتها الفعلية من عملية التمثيل الضوئي.

ومن هنا ترى أن عملية التمثيل الضوئي تقتصر على الحياة التي تتطلب طاقة منخفضة للغاية ، وهو ما يعني عادةً أن تكون ثابتًا (أو تتحرك ببطء شديد كما في حالة بعض النباتات). بمجرد أن تتكيف مع مكانة متنقلة ذات طاقة أعلى ، فأنت بحاجة إلى الوصول إلى طاقة أكثر بكثير مما يمكن أن توفره عملية التمثيل الضوئي.


كمية الطاقة القادمة من الشمس محدودة (حوالي 750 وات / م 2 ، عموديًا على الضوء الوارد). يتطلب الأمر قدرًا كبيرًا نسبيًا من الطاقة للتنقل ، لذلك لن يتمكن حيوان التمثيل الضوئي من التحرك كثيرًا أو كثيرًا. (وفي الواقع فإن الأمثلة المعروفة لا تفعل ذلك).


يكشف البحث المفاجئ أن التركيب الضوئي قد يكون قديمًا قدم الحياة نفسها

تتحدى النتائج أيضًا التوقعات حول كيفية تطور الحياة على الكواكب الأخرى. يُعتقد أن تطور التمثيل الضوئي الذي ينتج الأكسجين هو العامل الرئيسي في الظهور النهائي للحياة المعقدة. كان يُعتقد أن هذا يستغرق عدة مليارات من السنين ليتطور ، ولكن إذا كانت الحياة الأولى قادرة على فعل ذلك في الواقع ، فربما تكون الكواكب الأخرى قد طورت حياة معقدة في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

"الآن ، نحن نعلم أن نظام Photosystem II يعرض أنماطًا للتطور تُنسب عادةً فقط إلى أقدم الإنزيمات المعروفة ، والتي كانت ضرورية لتطور الحياة نفسها." - د. تاناي كاردونا

قام فريق البحث ، بقيادة علماء من إمبريال كوليدج لندن ، بتتبع تطور البروتينات الرئيسية اللازمة لعملية التمثيل الضوئي إلى أصل الحياة البكتيرية على الأرض. يتم نشر نتائجهم ويمكن الوصول إليها مجانًا في BBA - الطاقة الحيوية.

قال الباحث الرئيسي الدكتور تاناي كاردونا ، من قسم علوم الحياة في إمبريال: "لقد أظهرنا سابقًا أن النظام البيولوجي لأداء إنتاج الأكسجين ، المعروف باسم نظام الصور الثاني ، كان قديمًا للغاية ، ولكن حتى الآن لم نكن كذلك. قادرة على وضعها على الجدول الزمني لتاريخ الحياة.

& # 8220 الآن ، نحن نعلم أن Photosystem II يعرض أنماطًا للتطور تُعزى عادةً فقط إلى أقدم الإنزيمات المعروفة ، والتي كانت ضرورية لتطور الحياة نفسها ".

إنتاج الأكسجين المبكر

يمكن أن يأتي التمثيل الضوئي ، الذي يحول ضوء الشمس إلى طاقة ، في شكلين: أحدهما ينتج الأكسجين والآخر لا ينتج عنه. عادة ما يُفترض أن الشكل المنتج للأكسجين قد تطور لاحقًا ، خاصة مع ظهور البكتيريا الزرقاء ، أو الطحالب الخضراء المزرقة ، منذ حوالي 2.5 مليار سنة.

بينما اقترحت بعض الأبحاث أن جيوبًا من التمثيل الضوئي لإنتاج الأكسجين (الأكسجين) ربما كانت موجودة قبل ذلك ، إلا أنها لا تزال تعتبر ابتكارًا استغرق ما لا يقل عن ملياري سنة لتتطور على الأرض.

وجد البحث الجديد أن الإنزيمات القادرة على أداء العملية الرئيسية في التمثيل الضوئي للأكسجين - تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين - يمكن أن تكون موجودة بالفعل في بعض البكتيريا المبكرة. يعود أقدم دليل على وجود الحياة على الأرض إلى أكثر من 3.4 مليار سنة ، وقد اقترحت بعض الدراسات أن أقدم حياة يمكن أن يكون عمرها أكثر من 4.0 مليار سنة.

مستعمرات البكتيريا الزرقاء تحت المجهر.

مثل تطور العين ، قد يكون الإصدار الأول من التمثيل الضوئي الأكسجين بسيطًا جدًا وغير فعال نظرًا لأن العيون الأولى شعرت بالضوء فقط ، وربما كان التمثيل الضوئي الأول غير فعال جدًا وبطيئًا.

على الأرض ، استغرق الأمر أكثر من مليار سنة للبكتيريا لإتقان العملية التي أدت إلى تطور البكتيريا الزرقاء ، وملياري سنة أخرى للحيوانات والنباتات لغزو الأرض. ومع ذلك ، كان إنتاج الأكسجين موجودًا على الإطلاق في وقت مبكر جدًا في وسائل البيئات الأخرى ، كما هو الحال على الكواكب الأخرى ، وكان من الممكن أن يستغرق الانتقال إلى الحياة المعقدة وقتًا أقل بكثير.

قياس الساعات الجزيئية

توصل الفريق إلى اكتشافهم من خلال تتبع "الساعة الجزيئية" لبروتينات التمثيل الضوئي الرئيسية المسؤولة عن تقسيم الماء. تقدر هذه الطريقة معدل تطور البروتينات من خلال النظر في الوقت بين اللحظات التطورية المعروفة ، مثل ظهور مجموعات مختلفة من البكتيريا الزرقاء أو النباتات البرية ، والتي تحمل نسخة من هذه البروتينات اليوم. ثم يتم تمديد معدل التطور المحسوب بالزمن إلى الوراء ، لمعرفة متى تطورت البروتينات لأول مرة.

"يمكننا تطوير أنظمة ضوئية يمكنها تنفيذ تفاعلات كيميائية خضراء ومستدامة جديدة ومعقدة مدعومة بالكامل بالضوء." - د. تاناي كاردونا

قارنوا معدل تطور بروتينات التمثيل الضوئي هذه مع معدل تطور البروتينات الرئيسية الأخرى في تطور الحياة ، بما في ذلك تلك التي تشكل جزيئات تخزين الطاقة في الجسم وتلك التي تترجم تسلسل الحمض النووي إلى RNA ، والذي يُعتقد أنه نشأ قبل أسلاف كل الحياة الخلوية على الأرض. كما قارنوا المعدل بالأحداث المعروفة بوقوعها مؤخرًا ، عندما كانت الحياة متنوعة بالفعل وظهرت البكتيريا الزرقاء.

أظهرت بروتينات البناء الضوئي أنماطًا متطابقة تقريبًا من التطور لأقدم الإنزيمات ، وتمتد بعيدًا في الزمن ، مما يشير إلى أنها تطورت بطريقة مماثلة.

قال المؤلف الأول للدراسة توماس أوليفر ، من قسم علوم الحياة في إمبريال: "استخدمنا تقنية تسمى إعادة بناء تسلسل الأسلاف للتنبؤ بتسلسل البروتينات لبروتينات أسلاف التمثيل الضوئي.

& # 8220 هذه التسلسلات تعطينا معلومات حول كيفية عمل نظام الصور الأسلاف II وقد تمكنا من إظهار أن العديد من المكونات الرئيسية المطلوبة لتطور الأكسجين في نظام Photosystem II يمكن إرجاعها إلى المراحل الأولى في تطور الإنزيم ".

توجيه التطور

إن معرفة كيفية تطور بروتينات التمثيل الضوئي الرئيسية هذه ليست ذات صلة فقط بالبحث عن الحياة على الكواكب الأخرى ، ولكنها يمكن أن تساعد الباحثين أيضًا في إيجاد استراتيجيات لاستخدام التمثيل الضوئي بطرق جديدة من خلال البيولوجيا التركيبية.

قال الدكتور كاردونا ، الذي يقود مثل هذا المشروع كجزء من زمالة قادة المستقبل في UKRI: "لدينا الآن فهم جيد لكيفية تطور بروتينات التركيب الضوئي ، والتكيف مع عالم متغير ، يمكننا استخدام" التطور الموجه "لمعرفة كيفية ذلك. لتغييرها لإنتاج أنواع جديدة من الكيمياء.

& # 8220 يمكننا تطوير أنظمة ضوئية يمكنها تنفيذ تفاعلات كيميائية خضراء ومعقدة جديدة ومستدامة مدعومة بالكامل بالضوء. "


علم المستقبل

لطالما سعى العلماء إلى فكرة إبقاء الناس على قيد الحياة باستخدام أجزاء من الحيوانات - وهي عملية يشار إليها باسم زرع الأعضاء. لكن كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنه من المستحيل أن أظهرت التجارب المبكرة أن الجسم يستغرق حوالي خمس دقائق لرفض عضو من نوع آخر. يقول ليو بوهلر ، رئيس الرابطة الدولية لزراعة الأعضاء ، "لن يجرؤ أحد على الحديث" عن إجراء تجارب إكلينيكية لزراعة الأعضاء.

لكي تحافظ كلية أو قلب أو رئة خنزير على حياة الإنسان ، يجب خداع جهاز المناعة البشري لعدم إدراك أنه يأتي من نوع مختلف. وهنا يأتي دور تقنية Crispr لتعديل الجينات ، مما يتيح للباحثين إجراء تغييرات مستهدفة على مجموعة كاملة من الجينات في العديد من الأماكن في وقت واحد. تم استخدام Crispr - وهو اختصار للتكرار العنقودي المتناوب القصير المتناوب بانتظام - بواسطة eGenesis للتخلص من جينوم الخنازير مجموعة من الفيروسات التي يقلق البعض أنها قد تقفز إلى البشر بعد عملية الزرع. الآن يعملون أيضًا على إزالة العلامات التي تحدد الخلايا على أنها غريبة حتى لا يرفضها الجهاز المناعي البشري

وينينج تشين في مختبرها في eGenesis. الصورة: توني لونج / الجارديان


البناء الضوئي

التمثيل الضوئي هو العملية التي تستخدم بها النباتات ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين والطاقة على شكل سكر.

أوراق الشجر الخضراء

أوراق النبات خضراء لأن هذا اللون هو جزء من ضوء الشمس ينعكس بواسطة صبغة في الأوراق تسمى الكلوروفيل.

الصورة مجاملة من Shutterstock

تعتمد معظم الحياة على الأرض على التمثيل الضوئي ، حيث تتم العملية بواسطة النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا التي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين (O2) والطاقة الكيميائية المخزنة في الجلوكوز (السكر). ثم تحصل الحيوانات العاشبة على هذه الطاقة عن طريق تناول النباتات ، وتحصل عليها الحيوانات آكلة اللحوم عن طريق أكل الحيوانات العاشبة.

العملية

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2س) من الجو والتربة. يتأكسد الماء داخل الخلية النباتية ، مما يعني أنه يفقد الإلكترونات ، بينما ينخفض ​​ثاني أكسيد الكربون ، مما يعني أنه يكتسب إلكترونات. هذا يحول الماء إلى أكسجين وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز. ثم يطلق النبات الأكسجين مرة أخرى في الهواء ويخزن الطاقة داخل جزيئات الجلوكوز.

توجد داخل الخلية النباتية عضيات صغيرة تسمى البلاستيدات الخضراء ، والتي تخزن طاقة ضوء الشمس. يوجد داخل أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء صبغة ماصة للضوء تسمى الكلوروفيل ، وهي مسؤولة عن إعطاء النبات لونه الأخضر. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من موجات الضوء الأزرق والأحمر ، ويعكس موجات الضوء الأخضر ، مما يجعل النبات يظهر باللون الأخضر.

التفاعلات المعتمدة على الضوء مقابل التفاعلات المستقلة للضوء

في حين أن هناك العديد من الخطوات وراء عملية التمثيل الضوئي ، يمكن تقسيمها إلى مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء. يحدث التفاعل المعتمد على الضوء داخل غشاء الثايلاكويد ويتطلب دفقًا ثابتًا من ضوء الشمس ، ومن هنا جاء اسم الضوء-متكل تفاعل. يمتص الكلوروفيل الطاقة من موجات الضوء ، والتي تتحول إلى طاقة كيميائية على شكل جزيئات ATP و NADPH. تحدث المرحلة المستقلة عن الضوء ، والمعروفة أيضًا باسم دورة كالفين ، في السدى ، وهي المسافة بين أغشية الثايلاكويد وأغشية البلاستيدات الخضراء ، ولا تتطلب الضوء ، ومن هنا جاء اسم الضوء-مستقل تفاعل. خلال هذه المرحلة ، يتم استخدام الطاقة من جزيئات ATP و NADPH لتجميع جزيئات الكربوهيدرات ، مثل الجلوكوز ، من ثاني أكسيد الكربون.

ومع ذلك ، لا يتم إنشاء جميع أشكال التمثيل الضوئي على قدم المساواة. هناك أنواع مختلفة من التمثيل الضوئي ، بما في ذلك التمثيل الضوئي C3 والتمثيل الضوئي C4. تستخدم غالبية النباتات التمثيل الضوئي لـ C3. إنه ينطوي على إنتاج مركب ثلاثي الكربون يسمى حمض 3-فوسفوجليسيريك خلال دورة كالفين ، والذي يتحول إلى جلوكوز. من ناحية أخرى ، ينتج التمثيل الضوئي لـ C4 مركبًا وسيطًا مكونًا من أربعة كربون ، والذي ينقسم إلى ثاني أكسيد الكربون ومركب ثلاثي الكربون خلال دورة كالفين. تتمثل إحدى فوائد التمثيل الضوئي لـ C4 في أنه من خلال إنتاج مستويات أعلى من الكربون ، فإنه يسمح للنباتات بالازدهار في بيئات لا تحتوي على الكثير من الضوء أو الماء.

أوراق النبات خضراء لأن هذا اللون هو جزء من ضوء الشمس ينعكس بواسطة صبغة في الأوراق تسمى الكلوروفيل.


طرحنا هذا السؤال على Howard Griffiths من قسم علوم النبات بجامعة كامبريدج.

عندما تم طرح هذا السؤال لأول مرة حول دور ضوء القمر في عملية التمثيل الضوئي ، لم تكن إجابتي الأولية فرصة! نظرًا لأن شدة الضوء التي تنعكس عن القمر هي أمر أقل من 100-1000 مرة لدعم عملية التمثيل الضوئي في معظم نباتات ونباتات الأواني الأرضية الموجودة في حديقتنا.

ومع ذلك ، قمت ببعض التنقيب ونظرت في بعض التحليلات الأخيرة لمعدلات التمثيل الضوئي في الطحالب. بشكل مثير للدهشة ، يبدو أن بعض مجموعات العوالق النباتية الصغيرة جدًا قد تكون قادرة على البناء الضوئي باستخدام ضوء القمر ، بشرط أن يكون في المناطق الاستوائية وشريطة ألا يتم تخفيفه بواسطة عمود مائي يميل إلى الامتصاص ضوء أضعافا مضاعفة.

لذا فإن الإجابة لا تزال "على الأرجح لا" لأنه من الواضح أن العوالق النباتية تنمو في عمود مائي لذا من غير المحتمل حقًا أن تكون قادرة على التقاط شدة الضوء.

ومع ذلك ، فإنه يفتح أيضًا عددًا من الأسئلة المثيرة للاهتمام لأن النباتات تحاول بالتأكيد تجنب ضوء القمر. أنا متأكد من أن الكثير منكم على دراية بطي الأوراق الذي نراه في البرسيم ينمو في مروجك والعديد من النباتات في الحديقة تطوي أوراقها في الليل. كان داروين مهتمًا بهذا واعتقد أن الأمر يتعلق بمحاولة الأوراق الحفاظ على توازن الحرارة في الليل.

ما نعتقد أنه يحدث الآن هو أن الأوراق تحاول تجنب ضوء القمر لمنع اضطراب إيقاعاتها اليومية من خلال شدة الضوء المتفاوتة ، لأنها بالتأكيد تستجيب لضوء القمر. في الواقع ، من المعروف الآن أن الكثير من الحيوانات - حيوانات متنوعة مثل الثعابين والتماسيح - ومجموعة كاملة من النباتات والأنظمة المختلفة بما في ذلك البشر - حساسة للغاية لضوء القمر والطريقة التي يمكن أن تعيق سيطرتنا اليومية واستشعارنا طول اليوم.


كيف يمكن لعدد قليل من الحيوانات فقط القيام بعملية التمثيل الضوئي؟ - مادة الاحياء

باستخدام طاقة ضوء الشمس ، يمكن للنباتات تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات وأكسجين في عملية تسمى البناء الضوئي. نظرًا لأن التمثيل الضوئي يتطلب ضوء الشمس ، فإن هذه العملية تحدث فقط خلال النهار. غالبًا ما نحب أن نفكر في هذا على أنه نباتات `` تستنشق ثاني أكسيد الكربون وتنفث الأكسجين. ومع ذلك ، فإن العملية ليست بهذه البساطة بالضبط. تمامًا مثل الحيوانات ، تحتاج النباتات لتحطيم الكربوهيدرات إلى طاقة. الأكسجين مطلوب للقيام بذلك. ثم لماذا تتخلص النباتات من كل الأكسجين الذي تنتجه أثناء عملية التمثيل الضوئي؟ الجواب هو، لا يفعلون. تحتفظ النباتات في الواقع بكمية صغيرة من الأكسجين الذي تنتجه في عملية التمثيل الضوئي وتستخدم هذا الأكسجين لتحطيم الكربوهيدرات لمنحها الطاقة.

لكن ماذا يحدث في الليل عندما لا يكون هناك ضوء الشمس المطلوب في عملية التمثيل الضوئي؟ ومن المثير للاهتمام ، من أجل الحفاظ على التمثيل الغذائي والاستمرار في التنفس في الليل ، يجب على النباتات امتصاص الأكسجين من الهواء وإطلاق ثاني أكسيد الكربون (وهو بالضبط ما تفعله الحيوانات). لحسن الحظ بالنسبة لنا جميعًا من يتنفس الأكسجين ، تنتج النباتات ما يقرب من عشرة أضعاف الأكسجين خلال النهار مما تستهلكه في الليل.

تحلل النباتات السكر إلى طاقة باستخدام نفس العمليات التي نقوم بها. الأكسجين ضروري لتكسير السكر إلى ثاني أكسيد الكربون ، وإطلاق الطاقة التي يمكن للنباتات استخدامها للبقاء على قيد الحياة.

ومع ذلك ، تستمد النباتات أيضًا الطاقة من الشمس (الضوء) ، وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، والمياه من التربة التي تستخدمها جميعًا لإنتاج السكر ، وإطلاق الأكسجين. (يستخدمون "الكربون" في ثاني أكسيد الكربون لبناء جزيء السكر). نظرًا لعدم وجود ضوء الشمس في الليل ، فإن هذا يمنح النباتات طريقة للبقاء على قيد الحياة ، حتى في حالة عدم وجود ضوء.

لكن، تستخدم النباتات السكر لبناء كل شيء تقريبًا! السليلوز ، المادة الصلبة في النباتات ، هو مجرد مجموعة من جزيئات السكر مرتبطة ببعضها البعض. لا يمكننا هضمها ، لكن بعض الحيوانات تستطيع ذلك. وبالمثل ، فإن النباتات تصنع النشا (السكر مرتبط ببعضه البعض ، ولكن ليس بإحكام) لتخزين الطاقة عندما يحل الظلام. نحن قادرون على هضم النشا.

نظرًا لأن النباتات تستخدم السكر الذي تصنعه لأكثر من مجرد طاقة ، ينتجون أكسجين أكثر مما يستخدمونه.

سؤال رائع! تنتج النباتات الأكسجين ، لأنها عندما تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تأخذ ثاني أكسيد الكربون (CO2 شكل غازي من الكربون مرتبط بجزيئين من الأكسجين) والماء (H2يا أكسجين مرتبط بذرتين من الهيدروجين) واجمعهما باستخدام الطاقة الضوئية لإنتاج السكريات والأكسجين. هذا يخزن الطاقة في الروابط الكيميائية (في السكريات) ويطلق O2. المعادلة الكيميائية لهذا هي:
6CO2 + 6 ح2 ج6ح12ا6(سكر) + 6O2

تستخدم النباتات تلك السكريات كما نفعل عندما نستهلكها ، من أجل الطاقة. تستخدم النباتات السكريات التي تصنعها بأكسدتها (مع O2، مثلنا تمامًا) لتحرير الطاقة المخزنة في الروابط. يطلقون سراح أول أكسيد الكربون2 (مثلنا تمامًا ، عندما نتنفس). ولكن عندما تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تطلق المزيد من O2 خلال عملية التمثيل الضوئي أكثر مما تستهلك في التنفس (أكسدة السكريات التي صنعتها). يطلقون الأكسجين من خلال نفس المسام التي تسمح لثاني أكسيد الكربون2 لدخول الخلايا الورقية الخاصة بهم.

الجواب السريع على سؤالك هو ذلك الأكسجين مجرد منتج نفايات عندما تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي.

يمكن للنباتات أن تفعل شيئين مهمين:
استخدم الطاقة من الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) و H2O (الماء) في السكر (C6ح12ا6) بالأكسجين (O2) خلفها. هذا هو البناء الضوئي.

ويمكنهم:
تكسير السكر (سي6ح12ا6) إلى CO2 (ثاني أكسيد الكربون) و H2يا (الماء) ، لكنهم يحتاجون (س2) الأكسجين للقيام بذلك. هذا هو التنفس الخلوي.

يمكننا فقط أن نفعل الشيء الثاني.
ال القانون الأول للديناميكا الحرارية يخبرنا أن المادة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. لا يمكن أن يأتي من لا شيء ولا يمكن أن يختفي. لذا فإن نفس العدد من الذرات (C ، H ، O) يجب أن يدخل ويغادر. دعونا نكتب التمثيل الضوئي كمعادلة متوازنة.

البناء الضوئي:
6CO2 + 6 ح2O يعطي C6ح12ا6 + 6O2
احسب عدد ذرات الكربون على جانبي السهم. إذا كان لديك ستة في جانب ، فأنت بحاجة إلى ستة في الجانب الآخر. الآن عد ذرات الهيدروجين. (6 × 2) من جهة و 12 من جهة أخرى. كم عدد ذرات الأكسجين على الجانب الأيسر؟
(6 × 2) + (6 × 1) = ___. حاليا كم عدد ذرات الأكسجين في الجلوكوز؟ 6.
وبالتالي لديك ذرات أكسجين متبقية. هذا هو المكان الذي ا2 يأتي من. إنها المادة المتبقية من صنع السكر. تمامًا كما تفعل عندما تصنع شيئًا ما ، فإن القصاصات التي قطعتها لا تختفي. النبات يتنفس من الأكسجين ، وهو أمر جيد لنا جميعًا الحيوانات لأننا نحتاج إلى الأكسجين ، كما تعلم.

هل يمكن أن توجد حيوانات بدون نباتات؟ هل يمكن أن توجد نباتات بدون حيوانات؟

تنتج النباتات الأكسجين كمنتج نفايات لصنع السكر باستخدام ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء. إذا احتاج النبات إلى الطاقة ، ولكن ليس لديه ضوء الشمس ، فيمكنه حرق السكر الذي عاد إليه عندما تعرض لأشعة الشمس ، والقيام بذلك يتطلب الأكسجين.


أوراق

يحدث تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الورقة (وكذلك فقدان بخار الماء أثناء النتح) من خلال مسام تسمى الثغور (المفرد = ستوما).

عادة ما تفتح الثغور عندما يضرب الضوء الورقة في الصباح وتغلق أثناء الليل. السبب المباشر هو تغيير في تورم الخلايا الحامية. الجدار الداخلي لكل خلية حراسة سميك ومرن. عندما يتطور التورم داخل خليتي الحماية المحيطين بكل فغرة ، تنتفخ الجدران الخارجية الرقيقة وتجبر الجدران الداخلية على شكل هلال. هذا يفتح الفغرة. عندما تفقد الخلايا الحامية التورم ، تستعيد الجدران الداخلية المرنة شكلها الأصلي وتغلق الفغرة.

زمن الضغط الاسموزي lb / in 2
7 صباحًا 212
11 صباحا 456
5 مساءً 272
12 منتصف الليل 191

يوضح الجدول الضغط الاسموزي الذي تم قياسه في أوقات مختلفة من اليوم في خلايا حراسة نموذجية. ظل الضغط الاسموزي داخل الخلايا الأخرى للبشرة السفلية ثابتًا عند 150 رطل / في 2 (

1000 كيلوباسكال ، كيلو باسكال). عندما أصبح الضغط التناضحي للخلايا الحامية أكبر من ضغط الخلايا المحيطة ، فتحت الثغور. في المساء ، عندما انخفض الضغط التناضحي للخلايا الحامية إلى ما يقرب من تلك الموجودة في الخلايا المحيطة ، تم إغلاق الثغور.

فتح الثغور

الزيادة في الضغط الاسموزي في الخلايا الحامية ناتجة عن امتصاص البوتاسيوم الأيونات (K +). تركيز K + في خلايا الحراسة المفتوحة يتجاوز بكثير تركيزه في الخلايا المحيطة. هكذا يتراكم:

  • الضوء الأزرق يمتص بواسطة فوتوتروبين الذي ينشط مضخة البروتون (H + -ATPase) في غشاء البلازما لخلية الحرس.
  • يقوم ATP ، الناتج عن التفاعلات الخفيفة لعملية التمثيل الضوئي ، بتحريك المضخة.
  • عندما يتم ضخ البروتونات (H +) خارج الخلية ، يصبح باطنها سالبًا بشكل متزايد.
  • هذا يجذب المزيد من أيونات البوتاسيوم إلى الخلية ، مما يرفع ضغطها الأسموزي.

إغلاق الثغور

على الرغم من أن الثغور المفتوحة ضرورية لعملية التمثيل الضوئي ، إلا أنها تعرض النبات أيضًا لخطر فقدان الماء من خلال النتح. يُفقد حوالي 90٪ من المياه التي تمتصها النبتة أثناء النتح. في كاسيات البذور وعاريات البذور (ولكن ليس في السرخس والليكوبسيدات) ، حمض الأبسيسيك (ABA) هو الهرمون الذي يؤدي إلى إغلاق الثغور عندما تكون مياه التربة غير كافية لمواكبة النتح (والذي يحدث غالبًا في منتصف النهار تقريبًا).

  • يرتبط ABA بالمستقبلات الموجودة على سطح غشاء البلازما للخلايا الحامية.
  • تقوم المستقبلات بتنشيط العديد من المسارات المترابطة التي تتقارب لتنتج
    • ارتفاع درجة الحموضة في العصارة الخلوية
    • نقل Ca 2+ من الفجوة إلى العصارة الخلوية

    توفر الثغور المفتوحة أيضًا فتحة يمكن من خلالها للبكتيريا أن تغزو الجزء الداخلي من الورقة. ومع ذلك ، تحتوي الخلايا الحامية على مستقبلات يمكنها اكتشاف وجود جزيئات مرتبطة بالبكتيريا تسمى الأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة (PAMPs). ومن الأمثلة على ذلك LPS و Flagellin. عندما تكتشف الخلايا الحامية هذه PAMPs ، تتوسط ABA في إغلاق الفتحة وبالتالي إغلاق الباب أمام دخول البكتيريا.

    هذا النظام حصانة فطرية يشبه الموجود في الحيوانات.

    كثافة الثغور

    تختلف كثافة الثغور الناتجة عن نمو الأوراق باختلاف عوامل مثل درجة الحرارة, رطوبة، و شدة الضوء حول النبات. كما يعتمد على تركيز نشبع في الهواء حول الأوراق. العلاقة معكوس أي كتركيز ثاني أكسيد الكربون 2 يرتفع ، وينخفض ​​عدد الثغور المنتجة ، والعكس صحيح. بعض الأدلة:

    • نباتات تزرع في جو اصطناعي يحتوي على نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون 2 لديهم ثغور أقل من المعتاد.
    • تكشف العينات العشبية أن عدد الثغور في نوع معين قد انخفض على مدى 200 عام الماضية و [مدش] وقت الثورة الصناعية وارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون 2 في الغلاف الجوي.

    يمكن قياس هذه البيانات من خلال تحديد مؤشر الثغور: نسبة عدد الثغور في منطقة معينة مقسومًا على العدد الإجمالي للثغور وخلايا البشرة الأخرى في نفس المنطقة.

    كيف يحدد النبات عدد الثغور التي يجب إنتاجها؟

    اتضح أن الأوراق الناضجة على النبات تكتشف الظروف المحيطة بها وترسل إشارة (طبيعتها لا تزال غير معروفة - لكن انظر أدناه * ) يضبط عدد الثغور التي ستتشكل على الأوراق النامية.

    تجربتان (تم الإبلاغ عنها بواسطة Lake et al. ، in طبيعة سجية, 411: 154 ، 10 مايو 2001):

    • عندما تنضج أوراق النبات (أرابيدوبسيس) في أنابيب زجاجية مملوءة بمستويات عالية (720 جزء في المليون) من ثاني أكسيد الكربون 2 ، الأوراق النامية بها ثغور أقل من المعتاد على الرغم من أنها تنمو في الهواء الطبيعي (360 جزء في المليون).
    • على العكس من ذلك ، عندما يتم إعطاء الأوراق الناضجة الهواء الطبيعي (360 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون 2 ) أثناء تعرض اللقطة لارتفاع ثاني أكسيد الكربون 2 (720 جزء في المليون) ، تتطور الأوراق الجديدة مع مؤشر الثغور الطبيعي.

    * إحدى الإشارات التي تزيد من كثافة الفم في شتلات أرابيدوبسيس التي يبلغ عمرها يومين (إعداد تجريبي مختلف عن تلك المذكورة أعلاه) هي ببتيد مكون من 45 حمض أميني يسمى ستوماجين التي تفرزها خلايا الميزوفيل وتحث على تكوين الثغور في البشرة أعلاه.

    تكشف الثغور عن مستويات ثاني أكسيد الكربون السابقة

    لأن CO 2 ترتبط المستويات ومؤشر الثغور بشكل عكسي ، ويمكن أن تخبرنا الأوراق الأحفورية عن المستويات السابقة من ثاني أكسيد الكربون 2 في الغلاف الجوي؟ نعم فعلا. كما أفاد جريجوري ريتالاك (باللغة طبيعة سجية, 411: 287 ، 17 مايو 2001) ، تظهر دراسته للأوراق الأحفورية للجنكة وأقاربها:

    • كانت مؤشراتهم الثغرية عالي أواخر العصر البرمي (275 & ndash290 مليون سنة مضت) ومرة ​​أخرى في عصر البليستوسين (1 & ndash8 مليون سنة مضت). كلتا الفترتين معروفتان من الأدلة الجيولوجية أنهما كانتا أوقاتًا قليل مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والعصور الجليدية (مع الأنهار الجليدية).
    • على العكس من ذلك ، كانت مؤشرات الثغور قليل خلال العصر الطباشيري ، وقت ارتفاع ثاني أكسيد الكربون 2 المستويات والمناخ الدافئ.

    تدعم هذه الدراسات أيضًا أهمية ثاني أكسيد الكربون باعتباره غازًا من غازات الدفيئة يلعب دورًا مهمًا في ظاهرة الاحتباس الحراري.


    عملية التمثيل الضوئي خطوة بخطوة

    بحكم التعريف ، فإن عملية التمثيل الضوئي هي عملية تقوم من خلالها الكائنات الضوئية بتحويل الطاقة المشتقة من الشمس إلى طاقة كيميائية قابلة للاستخدام. يعد الضوء والماء والكلوروفيل وثاني أكسيد الكربون من المتطلبات الأساسية لهذه العملية.

    الخطوة 1

    يدخل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي إلى أوراق النبات من خلال الثغور ، أي مسام البشرة الدقيقة في أوراق وساق النباتات التي تسهل نقل الغازات المختلفة وبخار الماء.

    الخطوة 2

    يدخل الماء إلى الأوراق ، في المقام الأول من خلال الجذور. تم تصميم هذه الجذور بشكل خاص لسحب المياه الجوفية ونقلها إلى الأوراق من خلال الساق.

    الخطوه 3

    عندما يسقط ضوء الشمس على سطح الورقة ، يحبس الكلوروفيل ، أي الصباغ الأخضر الموجود في ورقة النبات ، الطاقة الموجودة فيه. ومن المثير للاهتمام أن اللون الأخضر للورقة يُعزى أيضًا إلى وجود الكلوروفيل.

    الخطوة 4

    ثم يتم إنتاج الهيدروجين والأكسجين عن طريق تحويل الماء باستخدام الطاقة المشتقة من الشمس. يتم الجمع بين الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الغذاء للنبات ، بينما يتم إطلاق الأكسجين من خلال الثغور. وبالمثل ، تستخدم حتى الطحالب والبكتيريا ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين لإعداد الطعام ، بينما يُخرج الأكسجين كمنتج فضلات.

    تسهل الإلكترونات من جزيئات الكلوروفيل والبروتونات من جزيئات الماء التفاعلات الكيميائية في الخلية. تنتج هذه التفاعلات ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ، الذي يوفر الطاقة للتفاعلات الخلوية ، و NADP (نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ثنائي الفوسفات) ، وهو ضروري في استقلاب النبات.

    يمكن تفسير العملية برمتها بصيغة كيميائية واحدة.

    هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

    بينما نأخذ الأكسجين ونطرح ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الطاقة ، تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين لإنتاج الطاقة.

    لعملية التمثيل الضوئي العديد من الفوائد ، ليس فقط للتغذية الضوئية ، ولكن أيضًا للإنسان والحيوان. يتم نقل الطاقة الكيميائية المخزنة في النباتات إلى الحيوانات والبشر عندما يستهلكون المواد النباتية. كما أنه يساعد في الحفاظ على المستوى الطبيعي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يمكن أن يُعزى كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي تقريبًا إلى هذه العملية ، مما يعني أيضًا أن التنفس والتمثيل الضوئي يسيران معًا.

    المنشورات ذات الصلة

    أحدثت بصمات الحمض النووي ثورة في التحقيقات الجنائية لتحديد الجناة الحقيقيين. بقدر ما يبدو مثيرًا للاهتمام ، فإنه يحتوي على إجراء متطور خطوة بخطوة. هذه المقالة سوف تعطيك كاملة و hellip

    تابع القراءة لمعرفة المزيد عن خطوات التمثيل الضوئي ، أحد أكثر الأحداث الرائعة في الطبيعة.

    إذا كنت حريصًا على معرفة آلية انقسام الخلايا داخل جسم الإنسان ، فراجع المقال التالي. عملية الانقسام الفتيلي ومراحلها والهيليب


    الهياكل الرئيسية وملخص التمثيل الضوئي

    يتطلب التمثيل الضوئي ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء كمواد تفاعلية (الشكل 4). بعد اكتمال العملية ، يطلق التمثيل الضوئي الأكسجين وينتج جزيئات الكربوهيدرات ، وغالبًا ما يكون الجلوكوز. تحتوي جزيئات السكر هذه على الطاقة التي تحتاجها الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.

    الشكل 4. يستخدم التمثيل الضوئي الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون والماء لإطلاق الأكسجين وإنتاج جزيئات السكر التي تخزن الطاقة.

    يمكن تلخيص التفاعلات المعقدة لعملية التمثيل الضوئي بالمعادلة الكيميائية الموضحة في الشكل 5.

    الشكل 5. يمكن تمثيل عملية التمثيل الضوئي بمعادلة ، حيث ينتج ثاني أكسيد الكربون والماء السكر والأكسجين باستخدام الطاقة من ضوء الشمس.

    على الرغم من أن المعادلة تبدو بسيطة ، إلا أن العديد من الخطوات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي معقدة للغاية في الواقع ، كما هو الحال في الطريقة التي يمثل بها التفاعل الذي يلخص التنفس الخلوي العديد من التفاعلات الفردية. قبل تعلم تفاصيل كيفية تحويل الصور الضوئية لأشعة الشمس إلى طعام ، من المهم التعرف على الهياكل المادية المعنية.

    يحدث التمثيل الضوئي في النباتات بشكل أساسي في الأوراق ، والتي تتكون من طبقات عديدة من الخلايا ولها جوانب متباينة من الأعلى والأسفل. لا تحدث عملية التمثيل الضوئي على الطبقات السطحية للورقة ، بل تحدث في طبقة وسطى تسمى الطبقة الوسطى (الشكل 6). يحدث تبادل الغازات لثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال فتحات صغيرة منظمة تسمى الثغور.

    في جميع حقيقيات النوى ذاتية التغذية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل عضية تسمى البلاستيدات الخضراء. في النباتات ، توجد الخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء في الطبقة الوسطى. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غشاء مزدوج (داخلي وخارجي). يوجد داخل البلاستيدات الخضراء غشاء ثالث يشكل هياكل مكدسة على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات. يوجد في غشاء الثايلاكويد جزيئات الكلوروفيل ، وهو صبغة (جزيء يمتص الضوء) تبدأ من خلاله عملية التمثيل الضوئي بأكملها. الكلوروفيل مسؤول عن اللون الأخضر للنباتات. يحيط غشاء الثايلاكويد بمساحة داخلية تسمى مساحة الثايلاكويد. تشارك أنواع أخرى من الأصباغ أيضًا في عملية التمثيل الضوئي ، لكن الكلوروفيل هو الأكثر أهمية إلى حد بعيد. كما هو مبين في الشكل 6 ، تسمى كومة من الثايلاكويد جرانوم ، والمساحة المحيطة بالحبيبة تسمى السدى (لا ينبغي الخلط بينه وبين الثغور ، الفتحات الموجودة على الأوراق).

    اتصال فني

    الشكل 6. لا تقوم جميع خلايا الورقة بعملية التمثيل الضوئي. تحتوي الخلايا الموجودة داخل الطبقة الوسطى من الورقة على بلاستيدات خضراء تحتوي على جهاز التمثيل الضوئي. (الائتمان & # 8220leaf & # 8221: تعديل العمل بواسطة كوري زانكر)

    في يوم حار وجاف ، تغلق النباتات ثغورها للحفاظ على المياه. ما هو تأثير ذلك على عملية التمثيل الضوئي؟


    كيف تحصل النباتات والحيوانات على الطاقة؟

    تمتص النباتات الطاقة من الشمس وتستخدم التمثيل الضوئي لصنع السكريات. تمتلك الحيوانات ميتوكوندريا تستخدم السكريات التي توفرها النباتات لإنتاج طاقتها الخلوية. النباتات التي تنتج طعامها ، والغذاء للنباتات والحيوانات الأخرى باستخدام التمثيل الضوئي ، تسمى autotrophs.

    توفر الشمس الطاقة للنباتات التي تمتصها في البلاستيدات الخضراء. تستخدم البلاستيدات الخضراء هذه الطاقة لتكوين جزيئات السكر التي تساعد النباتات على النمو والتكاثر. ثم تأتي الحيوانات وتأكل النباتات وتمتص طاقتها. يستخدمون الطاقة التي يتم الحصول عليها من النباتات لإنتاج طاقتهم الخاصة وتحويلها إلى ماء وثاني أكسيد الكربون. تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء ، وتبدأ الدورة من جديد. من أجل الحصول على الطاقة ، ليس على الحيوانات دائمًا أن تأكل النباتات. يمكنهم أيضًا الحصول على الطاقة من تناول الحيوانات الأخرى التي تأكل النباتات.

    هناك العديد من العمليات المختلفة التي تحدث في النباتات والحيوانات التي تتطلب الطاقة. يتضمن العمل التخليقي أشياء مثل إنتاج الحمض النووي ، ويتطلب طاقة ليحدث. يتطلب العمل الميكانيكي الذي ينطوي عليه تحريك العضلات طاقة ، مثلها مثل النبضات الكهربائية التي تنتقل من الدماغ إلى باقي الجسم. بدون طاقة كافية ، تصبح هذه العمليات صعبة أو مستحيلة.


    التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي والتخمير

    لقد تعلمت بالفعل القليل عن التمثيل الضوئي بفضل دراستنا للخلايا النباتية. لقد تعلمت أن التمثيل الضوئي يحدث في البلاستيدات الخضراء الموجودة فقط في الخلايا النباتية. دعونا نفكر فيما تعلمته بالفعل.

    لقد تعلمت بالفعل أن هناك نوعين أساسيين من الكائنات الحية عندما يتعلق الأمر بالطعام: المنتجون والمستهلكون. المنتجون قادرون على صنع طعامهم. يحصل المستهلكون على الطعام الذي يحتاجونه من خلال تناول الكائنات الحية الأخرى. لقد تعلمت أن النباتات فقط هي المنتجين ، وأنهم يصنعون طعامهم من خلال الجمع بين الماء (H2O) ، وثاني أكسيد الكربون (CO2) والطاقة من الشمس لإنتاج السكر (C6ح12ا6) والأكسجين (O2). تعلمت أن هذه العملية تسمى التمثيل الضوئي. في عملية صنع السكر ، تحبس الخلايا النباتية أيضًا بعض الطاقة التي جمعتها من ضوء الشمس في جزيء السكر.

    حسنا عظيم. إذن كيف يمكن للخلايا (تذكر أن الخلايا النباتية والحيوانية تحتاج إلى طاقة ، ولا يمكن لأي منهما استخدام الطاقة التي توفرها الشمس بشكل مباشر) للحصول على الطاقة من جزيء السكر؟ يفعلون ذلك من خلال عملية تسمى التنفس الخلوي. في التنفس الخلوي ، تستخدم الخلايا الأكسجين لكسر جزيء السكر. هذا يطلق الطاقة التي يتم نقلها بعد ذلك إلى جزيء ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). ATP هو الوقود الذي تحتاجه الخلايا للطاقة. وأين يحدث التنفس الخلوي؟ كما تعلمت ، يحدث ذلك في تلك الميتوكوندريا المفيدة.

    لذلك حقًا ، أنت تعرف بالفعل كل الأساسيات. هناك القليل من التفاصيل التي تحتاج إلى تعلمها ، وهي مغطاة في القسم 1 من الفصل الخامس في كتابك الدراسي وبالطبع هنا. دعونا نبدأ بعملية التمثيل الضوئي

    البناء الضوئي

    إذا نظرت إلى الخلايا النباتية تحت المجهر وقارنتها بالخلايا الحيوانية ، فهناك شيئان ستلاحظهما على الفور. أولاً ، ستلاحظ جدار الخلية الذي يحيط بالخلية النباتية. ستلاحظ ذلك بنفس الطريقة التي لاحظها روبرت هوك. الشيء الثاني الذي ستلاحظه هو أن الخلية النباتية خضراء والخلية الحيوانية واضحة بشكل أساسي. إذا كنت تنظر إلى خلية نباتية كبيرة نسبيًا ، وكنت تستخدم مجهرًا مثل الذي لدينا في المدرسة ، فستلاحظ أنه لم تكن الخلية النباتية بأكملها خضراء. بدلاً من ذلك ، ستلاحظ وجود أجسام خضراء كبيرة داخل الخلية النباتية. هذه الأجسام الخضراء الكبيرة ، بالطبع ، هي بلاستيدات خضراء. والسبب في أنها خضراء لأنها تحتوي على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل.

    ألق نظرة على هذا الرسم التوضيحي من كتابك:

    هل لاحظت كيف تبدو الصيغة الكيميائية التي تحدد التمثيل الضوئي مختلفة قليلاً عن الطريقة التي تعلمتها بها في الأصل؟ بدلا من CO2 + ح2O + ضوء يظهر 6CO2 + 6 ح2يا + ضوء. هذا لأن المعادلات الكيميائية ، تمامًا مثل المعادلات الرياضية ، يجب أن توازن. تأخذ الصيغة الأصلية ذرة كربون واحدة (أي عدد ذرات الكربون الموجودة في ثاني أكسيد الكربون2) ، ذرتا هيدروجين (هذا هو عدد ذرات الهيدروجين الموجودة في H.2O) ، و 3 ذرات أكسجين (2 في CO2 وواحد موجود في H.2O) ويحولها إلى جلوكوز (يحتوي على 6 ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين و 6 ذرات أكسجين) وجزيء أكسجين (O2الذي يحتوي على ذرتين أكسجين). هذا فقط لا يضيف! يمكنك & # 39t تحويل ذرة كربون واحدة بطريقة سحرية من ثاني أكسيد الكربون2 إلى 6 ذرات كربون في C.6ح12ا6. But if you do the math with the formula in the illustration above, you'll see that the number of atoms of carbon, oxygen, and hydrogen on both sides of the equation are correct. You will get way more practice balancing chemical equations when you study chemistry in 8th grade science.

    التنفس الخلوي

    It is tempting to think of cellular respiration as the opposite of photosynthesis. If you look at the illustration from our book, below, you'll see why:

    Do you see the way the chemical formula for cellular respiration is the reverse of the chemical formula for photosynthesis? The only real difference is that in one, the energy is sunlight and in the second, the energy is the ATP molecule. It's that reversal that makes many people think of photosynthesis and cellular respiration as being opposites. They are not! Rather, they are complementary to one another. Without photosynthesis, there would be no sugar, without which there could be no cellular respiration. On the other hand, cellular respiration produces the H2O و CO2 that are needed for photosynthesis. It's really important for you to remember that cellular respiration in eukaryotic cells takes place in the mitochondria. Both animal cells and plant cells depend on cellular respiration for their energy needs, because both animal cells and plant cells need ATP. Plant cells may be able to use the energy from the sun to make sugar, but they can't use the sun's energy as fuel. They need ATP the same way that animal cells do, and ATP can only be formed through cellular respiration. The illustration below from your book shows the way that photosynthesis and cellular respiration complement each other.

    Do you see what I don't like about this illustration? Is it clear from this illustration that plant cells also have mitochondria? Not clear enough, in my opinion! So remember! Plant cells have mitochondria, too!

    التخمير

    What happens when there is not enough oxygen to keep the cellular respiration reaction alive? Your book makes it seem like the answer is very simple. Let's start with the simple answer in your book. If there is not enough oxygen for cells to perform cellular respiration, they resort to another method of producing energy called fermentation. They still break down the sugar molecule to release the energy so that it can be transferred to an ATP molecule, but they do it without oxygen. In cellular respiration, CO2 و ح2O are produced along with the energy. In fermentation, CO2 and something called lactic acid are produced. Just like your book explains, you've probably experienced fermentation yourself when you've had to run the Wednesday mile and you've really pushed yourself to get a good grade. You know that burning or stinging sensation that you feel in your muscles when you push yourself running? That's caused by a buildup of lactic acid in your muscles. No matter how hard your lungs and heart work to get oxygen to the cells in your leg muscles, they still aren't getting enough to produce all the energy they need through cellular respiration. So, they are forced to switch to fermentation, and lactic acid is produced.

    There are some organisms that get all of their energy needs from fermentation. One common example is yeast. نعم. That same stuff that you drop into the bread maker. You should have noticed that there were lots of bubbles in the tubes containing the yeast and sugar water in our classroom. You've already seen live yeast cells in class that I projected from a microscope to the screen. A few classes got lucky and were able to see some yeast cells that were in the process of reproducing. I know you're going to be happy to hear this: yeast cells reproduce by budding! Just when you thought it was safe to forget all about budding and the pain it has caused you on past tests, it's back!

    So how does yeast make bread rise? It's pretty simple, really. Bread is made mostly of flour. You probably already know that bread is "carbs", or carbohydrates. Do you remember what carbohydrates are? That's right, they are just long strings of sugar molecules. Yeast uses those sugar molecules to get the energy it needs, and in the process it creates CO2. That CO2 makes bubbles inside of the bread dough, and those bubbles make the dough get larger, or rise.

    There is another way that fermentation caused by yeast is important. Grape juice also contains a lot of sugar. When yeast is added to grape juice, it uses the sugar for energy. Yes, it produces CO2, but it also produces alcohol. That's how grape juice is turned into wine!

    The Global Warming Connection

    Remember An Inconvenient Truth, the Al Gore documentary movie? One of the scenes in the movie showed the earth at night as photographed from space. Vice President Gore said that the large red areas were forests burning. There are plenty of naturally-occurring forest fires, but humans purposely set forests ablaze, too. In Brasil, for example, parts of the rainforest are burned to create more land for crops and housing. Think about what this means for global warming.

    Global warming is caused by too much carbon dioxide in the atmosphere. The carbon dioxide acts as a blanket. When sunlight hits the earth, it can't radiate back into space because of the carbon dioxide and other greenhouse gases that are present in the atmosphere. So, the earth gets hotter.

    Burning forests is a double-whammy. First, removing trees means that they aren't there anymore to convert carbon dioxide into sugar and oxygen. Second, when we burn the trees, we are releasing all of the carbon dioxide that they have collected. When mitochondria combine glucose with oxygen to produce energy, they are "burning" the sugar through a process called oxidation. There are many examples of oxidation in real life. When a nail gets rusty, that's oxidation. And, of course, when something burns, that's oxidation, too. The only difference between rusting, burning, and the way that mitochondria release the energy from a glucose molecule is the speed of the reaction. Rusting is very slow oxidation and burning is very fast oxidation. So burning the sugar in the trees is just a very fast version of what mitochondria do: the sugar releases carbon dioxide and energy in the form of heat. Some trees have been alive for hundreds or even thousands of years! So when we burn them, we are releasing hundreds or thousands of years worth of "captured" carbon dioxide.

    That's it, folks. If you can remember the chemical formula for both photosynthesis and cellular respiration, if you can explain how the two processes complement one another, and if you can explain what happens when there is not enough oxygen for cellular respiration, then you've learned what you need to have learned.

    These videos will help you to understand photosynthesis and cellular respiration. Don't be afraid of the complicated scientific vocabulary! You will understand more than you think if you just stop once in a while and try to make a connection between what is going on in the video and what you have already learned.


    شاهد الفيديو: جني و عمليه البناء الضوئي (كانون الثاني 2022).