يحدث التنفس الخلوي في كل الكائنات الحية ، حيث إنها عملية بسيطة لتحويل الأكسجين والجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وفي النهاية إنتاج الطاقة لخلايا الجسم. على العكس ، يحدث التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء ، التي تحتوي على الكلوروفيل وتستخدم ضوء الشمس والمياه لتحويلها إلى طاقة.
هذان هما العمليتان المتبادلتان ، بنفس الهدف للحصول على الطاقة ولكن باستخدام طرق مختلفة ومصادر مختلفة وبالتالي إعطاء منتجات مختلفة. حتى كلاهما ضروري لتبادل الطاقة الذي تتطلبه الكائنات الحية. على الرغم من إجراء التنفس الخلوي من قبل جميع أنواع الخلايا الحية سواء كان نباتًا أو حيوانًا ، بدائيات النوى أو حقيقيات النوى ولكن يتم تنفيذ التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء فقط وفي عدد قليل من البكتيريا.
لا يمكن للمرء أن يتخيل العمل الذي يتعين القيام به دون الحاجة إلى الطاقة ، سواء داخليًا أو خارجيًا ، بشكل مباشر أو غير مباشر. لذلك يمكننا القول أن هاتين العمليتين هي أحد العناصر الأساسية للحفاظ على الحياة على الأرض. في هذه اللحظة ، سننظر في الفرق بين التفاعلات الأساسية والفاعلية التي توفر الطاقة للخلايا الحية ، حيث يكون أحدهما هو التنفس الخلوي والآخر هو التمثيل الضوئي.
رسم بياني للمقارنة
| أساس المقارنة | التنفس الخلوي | البناء الضوئي |
|---|---|---|
| المعنى | التنفس الخلوي هو عملية تحويل الطاقة وتزويدها بخلايا الجسم المختلفة. هنا يتم تحويل الجلوكوز والأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، وبالتالي يتم تحرير الطاقة (ATP). | تسمى عملية استخدام ضوء الشمس والمياه لتحويلها إلى طاقة باسم التمثيل الضوئي ، الذي يتم إجراؤه خصيصًا بواسطة النباتات الخضراء وعدد قليل من البكتيريا. الصبغة الخضراء التي تسمى الكلوروفيل مسؤولة عن عملية التحويل هذه. |
| يحدث في | الخلية الحية ، وكذلك في النباتات الخضراء وغير الخضراء. | يحدث التمثيل الضوئي فقط في النباتات التي تحتوي على الكلوروفيل. |
| يحدث التنفس الخلوي في الضوء (النهار) وكذلك في الظلام (الليل). | تتم عملية التمثيل الضوئي في الضوء (النهار) فقط. | |
| ردود الفعل المعنية | 1. تحلل السكر الذي يحدث في السيتوبلازم الخلوي. 2. تحدث دورة كريبس أو حمض الستريك في مصفوفة الميتوكوندريا للخلية. 3. سلسلة النقل الإلكتروني أو الفسفرة التأكسدية التي تحدث في غشاء الميتوكوندريا. | 1. رد الفعل الخفيف الذي يحدث في جرانيّة البلاستيدات الخضراء. 2. رد الفعل المظلم أو دورة كالفين التي تحدث في سدى طبقة البلاستيدات الخضراء. 3. التحلل الضوئي أو مجمع البصق المائي الذي يحدث في تجويف thylakoid. |
| الطاقة | إنه تفاعل طارد للحرارة ، حيث يتم إطلاق الطاقة خلال هذه العملية. | إنها عملية ماصة للحرارة ، حيث يتم تخزين الطاقة أو استخدامها. |
| يتم استخدام الطاقة التي يتم إطلاقها في شكل ATP في أنشطة التمثيل الغذائي المختلفة. | تكون الطاقة على شكل جلوكوز أو طاقة كيميائية ، يتم استخدامها أثناء التفاعل المظلم. | |
| يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. | يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة محتملة. | |
| الفسفرة التأكسدية | يحدث الفسفرة التأكسدية في التنفس الخلوي. | هنا تحدث الفسفرة الضوئية. |
| نشاطات أخرى | إنها عملية تقويضية. | إنها عملية الابتنائية. |
| يتم امتصاص الأكسجين والكربوهيدرات في هذه العملية. | إطلاق الأكسجين والكربوهيدرات. | |
| يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء. | يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون والماء. |
تعريف التنفس الخلوي
في هذه العملية ، يتم تكسير الكربوهيدرات في شكل الجلوكوز مع الأكسجين ، ويتم تحويلها إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وبالتالي إطلاق الطاقة مثل ATP أو ثلاثي الأدينوزين ثلاثي الفوسفات. يتم استخدام هذه الطاقة لأنشطة التمثيل الغذائي المختلفة والأعمال الخلوية الأخرى.
يحدث التنفس الخلوي في الميتوكوندريا والسيتوبلازم للخلية. على عكس التمثيل الضوئي ، يعمل ليلا ونهارا. على الرغم من أنها ليست رد فعل بسيط كما نقول ، إلا أنها عملية طويلة تخضع لأربع خطوات رئيسية.
- تحلل السكر (انقسام أو كسر السكر) - يحدث في سيتوبلازم الخلية ، حيث يتم تقسيم جزيء واحد من الجلوكوز C6H12O6 إلى جزيئين حمض البيروفيك. إذن هنا يتم إنشاء جزيئين من الجزيء ATP من جزيء واحد من الجلوكوز.
- تفاعل الانتقال - يتم إرسال حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا ، حيث يتم تحويله إلى أسيتيل CoA وينكسر أكثر.
- دورة حامض الستريك أو دورة كريبس - تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا ، حيث يتم كسر أسيتيل CoA ، في وجود الأكسجين وأربعة ATP مع العديد من NADH. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء كمنتج نفايات من هذا التفاعل.
- سلسلة النقل الإلكتروني (ETC) - يُعرف هذا أيضًا بالنظرية الكيميائية ، التي اقترحها بيتر ميتشل. في هذا التفاعل ، يتم إنشاء اثنين وثلاثين (32) ATP لكل جلوكوز.
لذلك يكتب رد الفعل العام على النحو التالي:
ومع ذلك ، أعلاه ناقشنا كان فقط عن التنفس الخلوي الهوائي ، والذي يحدث في وجود الأكسجين وبالتالي يؤدي إلى إنتاج ثمانية وثلاثين (38) جزيء من ATP من جزيء جلوكوز واحد. ولكن ماذا عن الحالة عندما يكون هناك نقص في الأكسجين مثل عندما نركض أو أثناء أداء أي تمرين. وهذا ما يسمى بالحالة اللاهوائية ، حيث تنتج جزيئين فقط من (2) ATP من جزيء واحد من الجلوكوز من مسار تحلل السكر فقط.
لا يخضع لمزيد من الانهيار للجزيئات ، حيث يحتاج الجسم إلى طاقة فورية في تلك اللحظة. ثانيًا ، تحدث تفاعلات أخرى في وجود الأكسجين ، وهذا هو السبب في تخطيها. يسمى رد الفعل اللاهوائي أيضًا بالتخمير .
لذلك ، يطلق عليها عملية الهدم حيث يتم إطلاق الطاقة بأي شكل من الأشكال عن طريق كسر الجزيئات الكبيرة إلى الجزيئات الأصغر.
تعريف البناء الضوئي
بشكل عام ، إذا حددنا عملية البناء الضوئي ، فسوف نقول "عملية تحويل ضوء الشمس والمياه إلى طاقة أو طعام ، ويتم إجراؤها بواسطة النباتات الخضراء. لكن كيميائيًا هي عملية تقليل الأكسدة (الأكسدة هي إزالة الإلكترونات والاختزال يكتسب الإلكترونات بواسطة جزيء). تحدث هذه العملية في الضوء (ضوء الشمس) فقط وتسمى بعملية الأكسدة النشطة بالضوء .
يحدث التمثيل الضوئي في أوراق النباتات الخضراء ، وخاصة في البلاستيدات الخضراء وهي البنية الدقيقة الموجودة في خلايا الأوراق. تحتوي البلاستيدات الخضراء على الكلوروفيل (مادة كيميائية خضراء) مسؤولة عن اللون الأخضر للأوراق.
يمتص الكلوروفيل طاقة الشمس ويستخدم لفصل جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين. يتم إطلاق مزيد من الأكسجين في الغلاف الجوي من الأوراق ، ويتم استخدام ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين لتوليد الطعام أو الجلوكوز للنباتات.
يمكن توضيحها بالمعادلة التالية:
لذا يمكننا القول أنه في التفاعل أعلاه ، هناك أكسدة الماء H2O في وجود ضوء الشمس والأكسجين (O2) وأيونات الهيدروجين (H +). انتقلت أيونات الهيدروجين والإلكترونات التي تمت إزالتها إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2) وتم تقليلها كمنتج عضوي. لذلك يتم تحديد التفاعل العام حيث يتم تكوين الكربوهيدرات (C6H12O6) أثناء عملية التمثيل الضوئي في المعادلة.
على الرغم من أن المعادلة المذكورة أعلاه هي ملخص للعملية بأكملها ، إلا أن هناك العديد من الإنزيمات والتفاعلات الأخرى أيضًا. تنقسم العملية إلى مرحلتين: رد فعل الضوء ورد الفعل المظلم.
- تفاعل الضوء - يتم امتصاص الطاقة الضوئية وتستخدم في نقل الإلكترونات وبالتالي إنتاج أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) وتقليل فوسفات ثنائي النوكوتين أدينين (NADPH).
- التفاعل الداكن - في هذا ، يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات الكربون العضوي ، بمساعدة ATP و NADPH التي تشكلت أثناء تفاعل الضوء.
الاختلافات الرئيسية بين التنفس الخلوي والبناء الضوئي
ستعرض النقاط القادمة الاختلافات الجوهرية بين التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي:
- تُعرف العملية التي يتم فيها إنتاج الطاقة للخلية للقيام بالعمل باسم التنفس الخلوي . يحدث في الميتوكوندريا في الخلية ، حيث يتم تحويل الأكسجين والكربوهيدرات إلى ماء وثاني أكسيد الكربون وبالتالي إطلاق الطاقة. وفي الوقت نفسه ، تُعرف عملية أخرى لاكتساب الطاقة بمساعدة ضوء الشمس والماء بعملية التمثيل الضوئي . على الرغم من أن هذه العملية تقتصر على النباتات الخضراء وعدد قليل من البكتيريا فقط. ومع ذلك ، في النباتات ، يتم إجراء التمثيل الضوئي بواسطة الصباغ المسمى بالكلوروفيل ، والذي يظهر في الأوراق.
- يحدث التنفس الخلوي في جميع الخلايا الحية (في الميتوكوندريا) بينما يحدث التمثيل الضوئي فقط في النباتات التي تحتوي على الكلوروفيل. يحدث التمثيل الضوئي في وضح النهار فقط في حين لا يوجد مثل هذه الحالة في حالة التنفس الخلوي كما يحدث في النهار وكذلك في الليل أيضًا.
- التفاعل المتضمن في التنفس الخلوي هو Glycolysis ، Krebs أو دورة حمض الستريك ، سلسلة النقل الإلكتروني أو الفسفرة التأكسدية. على الرغم من التمثيل الضوئي ، فإن التفاعلات المتضمنة هي تفاعل الضوء ، تفاعل الظلام أو دورة كالفين ، التحلل الضوئي أو مجمع البصق المائي.
- التنفس الخلوي هو رد فعل طارد للحرارة ، حيث يتم إطلاق الطاقة في شكل ATP وتستخدم في أنشطة التمثيل الغذائي المختلفة. من ناحية أخرى ، يعد التمثيل الضوئي عملية ماصة للحرارة ، حيث يتم تخزين الطاقة أو استخدامها وهي في شكل جلوكوز أو طاقة كيميائية ، تستخدم أثناء التفاعل المظلم.
- في عملية التنفس الخلوي ، يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية ، وفي هذه الأثناء يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كامنة .
- حتى الفسفرة التأكسدية تحدث في التنفس الخلوي ، بينما يحدث نشاط الفسفرة في عملية التمثيل الضوئي.
- من السمات الهامة الأخرى للتنفس الخلوي أنها عملية تقويضية . ثانيًا ، يتم امتصاص الأكسجين والكربوهيدرات (الجلوكوز) في هذه العملية ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء. لكن عملية التمثيل الضوئي هي عملية الابتنائية حيث يتم إطلاق الأكسجين والكربوهيدرات ، ويتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون والماء.
استنتاج
من المادة المذكورة أعلاه ، يمكننا القول أن كلا من العملية البيولوجية في علاقة مفيدة للطرفين ، حيث يتم تحرير الأكسجين من عملية واحدة (التركيب الضوئي) ، والذي يستخدم في عملية أخرى (التنفس الخلوي) وفي المقابل يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من عملية التنفس الخلوي ، والتي يتم استخدامها في عملية التمثيل الضوئي.
لاحظنا أيضًا أن التفاعلات الكيميائية لكلتا الطريقتين متناقضة مع بعضها البعض ، يمكننا القول أن هذه هي عملية الاعتماد المتبادل ، على الرغم من أن أحدهما يحدث في النباتات فقط.
