عملية التنفس في النباتات (موضحة بالرسم البياني)
عملية التنفس في النباتات!
ترتبط عملية التنفس بشكل كبير بعملية إطلاق الطاقة من الغذاء. يتم الحصول على كل الطاقة اللازمة لعمليات الحياة من خلال أكسدة بعض الجزيئات الكبيرة يمكن أن تأكل 'الغذاء'. فقط النباتات الخضراء والبكتيريا الزرقاء يمكن أن تعد غذاءها. من خلال عملية التمثيل الضوئي يقومون بحبس الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة في روابط الكربوهيدرات مثل الجلوكوز والسكروز والنشا.
في النباتات الخضراء أيضا ، ليس كل الخلايا والأنسجة والأعضاء تمثيلية ؛ فقط الخلايا التي تحتوي على البلاستيدات الخضراء ، والتي غالباً ما توجد في الطبقات السطحية ، تقوم بعملية التمثيل الضوئي. يحدث التمثيل الضوئي بالطبع في البلاستيدات الخضراء ، في حين أن انهيار الجزيئات المعقدة لإنتاج الطاقة يحدث في السيتوبلازم وفي الميتوكوندريا. ويسمى كسر روابط CC من المركبات المعقدة من خلال الأكسدة داخل الخلايا ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة التنفس.
تعرف المركبات التي تتأكسد أثناء هذه العملية باسم ركائز الجهاز التنفسي. عادة يتم أكسدة الكربوهيدرات لإطلاق الطاقة ، ولكن يمكن استخدام البروتينات والدهون والأحماض العضوية حتى كمواد تنفسية في بعض النباتات ، في ظل ظروف معينة.
خلال الأكسدة داخل الخلية ، لا يتم إطلاق جميع الطاقة الموجودة في ركائز الجهاز التنفسي في الخلية ، أو في خطوة واحدة. يتم تحريرها في سلسلة من التفاعلات البطيئة التي تسيطر عليها الإنزيمات ، ويتم حصرها كطاقة كيميائية في شكل ATP.
تقريبا كل الخلايا الحية في النبات لها أسطحها معرضة للهواء Stomata و lenticels تسمح بتبادل الغازات عن طريق الانتشار. إن كسر روابط جزيئات CC من الجزيئات العضوية المعقدة بواسطة خلايا الأكسدة المؤدية إلى إطلاق الكثير من الطاقة يسمى التنفس الخلوي. الجلوكوز هو الركيزة المفضلة للتنفس.
يمكن أيضًا تقسيم الدهون والبروتينات للحصول على الطاقة. المرحلة الأولية من التنفس الخلوي تحدث في السيتوبلازم. يتم كسر كل جزيء الجلوكوز من خلال سلسلة من تفاعلات الإنزيم المحفز إلى جزيئين من حمض البيريتيك. تسمى هذه العملية التحلل الجلدي.
يحدث التخمر تحت الظروف اللاهوائية في العديد من بدائيات النواة ، وحيدات النواة أحادية الخلية وبذور الإنبات. في الكائنات حقيقية النواة يحدث التنفس الهوائي في وجود الأكسجين. يتم نقل حمض بيروفيك إلى الميتوكوندريا حيث يتم تحويله إلى أسيتيل COA مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون. بعد ذلك يدخل Coe Aceetl بمسار حامض tricarboxylic أو دورة كريبس التي تعمل في مصفوفة الميتوكوندريا. يتم إنشاء NADH + H + و FADH 2 في دورة كريبس.
يتم استخدام الطاقة في هذه الجزيئات وكذلك في NADH + H + توليفها أثناء تحلل السكر لتوليف ATP. ويتم تحقيق ذلك من خلال نظام من ناقلات الإلكترون يسمى نظام نقل الإلكترون (ETS) الموجود على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.
تقوم الإلكترونات ، أثناء تحركها عبر النظام ، بإطلاق طاقة تكفي لتخليق ATP. في هذه العملية هو المستقبل النهائي للإلكترونات وينخفض إلى الماء. المسار التنفسي هو مسار الأمفيبولات لأنها تنطوي على كل من الابتنائية وهدم.
تحتاج النباتات إلى O2 من أجل حدوث التنفس ، كما أنها تعطي CO 2 . وبالتالي ، فإن النباتات لديها أنظمة في مكانها تضمن توافر O2. هناك العديد من الأسباب التي تجعل النباتات تتطور دون أجهزة تنفسية. أولاً ، يعتني كل جزء من النبات باحتياجاته الخاصة لتبادل الغازات. هناك القليل جدا من نقل الغازات من جزء نباتي إلى آخر. ثانياً ، لا تقدم النباتات متطلبات كبيرة لتبادل الغازات. الجذور والسيقان والأوراق تتنفس بمعدلات أقل بكثير من الحيوانات.
فقط خلال عملية التمثيل الضوئي يتم تخزين كميات كبيرة من الغازات ، ويتم تكييف كل ورقة بشكل جيد لتلبية احتياجاتها الخاصة خلال هذه الفترات. عندما يكون التمثيل الضوئي للخلايا ، فإن توفر O 2 لا يمثل مشكلة في هذه الخلايا منذ إصدار O 2 داخل الخلية. ينتج عن الاحتراق الكامل للجلوكوز ، الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون و H2O كمنتجات نهائية ، الطاقة التي يعطى معظمها كحرارة.
خلال عملية التنفس ، يتم استخدام الأكسجين ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة كمنتجات. يتطلب تفاعل الاحتراق الأكسجين. لكن بعض الخلايا تعيش حيث قد يكون أو لا يتوفر الأكسجين.
بعض هذه الكائنات هي اللاهوائية الاختيارية ، بينما في حالات أخرى يكون الشرط للشرط اللاهوائي ملزما. على أية حال ، فإن جميع الكائنات الحية تحتفظ بالآلية الأنزيمية لإكسيد الجلوكوز جزئيا بدون مساعدة الأكسجين.
في التخمر ، يقول الخميرة ، يتم تحقيق أكسدة غير كاملة من الجلوكوز في ظل ظروف لا هوائية عن طريق مجموعات من ردود الفعل حيث يتم تحويل حمض البيروفيك إلى CO 2 والإيثانول. الأنزيمات ، حمض البيروفيك ديكاروكسيلاز و ديهيدروجيت الكحول تحفز هذه التفاعلات. تظهر الخطوات المعنية في الشكل. 14.9. في الخلايا الحيوانية أيضا ، مثل العضلات أثناء التمرين ، عندما يكون الأكسجين غير مناسب للتنفس الخلوي ، ينخفض حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك عن طريق نازعة الهيدروجين اللاكتاتية.
التنفس الهوائي هو العملية التي تؤدي إلى أكسدة كاملة من المواد العضوية في وجود الأكسجين ، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون ، والمياه ، وكمية كبيرة من الطاقة الموجودة في الركيزة. هذا النوع من التنفس أكثر شيوعًا في الكائنات الحية العليا.
دورة حمض الستريك كما هو موضح في الشكل توضح إطلاق ثاني أكسيد الكربون. يتم تحفيز التفاعل بواسطة توليف سيترات الانزيم ويتم تحرير جزيء CoA. ثم يتم isomerised السيترات هو سيترات. ويتبع ذلك خطوتين متتاليتين من نزع الكربوكسيل ، مما يؤدي إلى تكوين حمض كيتوجلوتاريك ثم سوكسينيل-كوا.
يمكن ملاحظة أن الجلوكوز قد تم تفكيكه لإفراز ثاني أكسيد الكربون وثمانية جزيئات من NADH + H + ؛ تم تركيب اثنين من FADH2 إلى جانب جزيئين فقط من ATP. قد تتساءل عن سبب مناقشتنا للتنفس على الإطلاق - ولم يأتِ O 2 في الصورة ولم يتم حتى الآن تصنيع العدد الكبير الموعود من الـ ATP. أيضا ما هو دور NADH + H + و FADH 2 الذي يتم تصنيعه؟ دعونا نفهم الآن دور O 2 في التنفس وكيف يتم تصنيع ATP.
الجلوكوز هو الركيزة المفضلة للتنفس. عادةً ما يتم تحويل كل الكربوهيدرات أولاً إلى جلوكوز قبل استخدامها للتنفس. يمكن أيضًا استخدام ركائز أخرى ، كما ذكرنا سابقًا ، ولكن بعد ذلك لا تدخل المسار التنفسي في الخطوة الأولى.
ويبين الشكل نقاط دخول الركائز المختلفة في مسار الجهاز التنفسي. سوف تحتاج الدهون إلى أن تنقسم إلى أحماض الجلسرين والأحماض الدهنية أولاً. إذا كانت الأحماض الدهنية يجب أن تنفجر ، فسوف يتم تحللها أولاً إلى الأسيتيل CoA وتدخل في المسار. يدخل الجلسرين الطريق بعد تحويله إلى PGAL.
بما أن التنفس ينطوي على انهيار الركائز ، فقد كانت عملية التنفس تعتبر تقليديا عملية تقويضية ومسار تنفسي كمسار تقويضي. في مسار الجهاز التنفسي ستدخل ركائز مختلفة إذا كان يجب أن يتم تنفسها واستخدامها لاستخلاص الطاقة. ما هو مهم أن ندرك أنه من هذه المركبات نفسها التي سيتم سحبها من مسار التنفس لتوليف ركائز المذكورة.
وبالتالي ، سيتم تقسيم الأحماض الدهنية إلى أسيتيل COA قبل الدخول إلى المسار التنفسي عند استخدامه كركيزة. ولكن عندما يحتاج الكائن الحي إلى تركيب الأحماض الدهنية ، فسوف يتم سحب حمض الأسيتيل COA من المسار التنفسي له.
وبالتالي ، فإن مسار الجهاز التنفسي يأتي في الصورة سواء خلال انهيار وتركيب الأحماض الدهنية. وبالمثل ، أثناء تحلل وتركيب البروتين أيضا ، تشكل وسيطة الجهاز التنفسي الوصلة. تحطيم العمليات داخل الكائن الحي هو تقويض ، والتوليف هو استقلاب.
RQ = حجم ثاني أكسيد الكربون المتطور / حجم O 2 المستهلكة.
الحاصل التنفسي يعتمد على نوع الركيزة التنفسية المستخدمة أثناء التنفس. عندما تستخدم الكربوهيدرات كركيزة وهي مؤكسدة تمامًا ، سيكون RQ 1 ، لأن الكميات المتساوية من CO 2 و O 2 ، يتم تطويرها واستهلاكها ، على التوالي.
عندما تستخدم الدهون في التنفس ، فإن RQ أقل من 1. حسابات حمض دهني ، tripalmitin ، إذا ما استخدمت كركيزة. عندما تكون البروتينات عبارة عن ركائز تنفسية ، تكون النسبة حوالي 0.9. ما هو مهم أن ندرك أنه في الكائنات الحية تكون ركائز الجهاز التنفسي أكثر من واحدة. لا تستخدم أبدا البروتينات النقية أو الدهون مثل أجهزة التنفس ، ركائز.
في التنفس اللاهوائي (التنفس في غياب الأكسجين) ، لا يتم استقلاب البيروفات عن طريق التنفس الخلوي ولكن يخضع لعملية التخمر. لا ينتقل البيروفيت إلى الميتوكوندريا ، لكنه يبقى في السيتوبلازم ، حيث يتم تحويله إلى نفايات يمكن إزالتها من الخلية.
