محتويات
يدخل الكربون والاكسجين ضمن عمليتين حيويتين رئيسيتين هما
البناء الضوئي والتنفس.
حيث من خلال عملية البناء الضوئي ينتج غاز الأكسجين الذي يدخل في عملية تنفس جميع الكائنات الحية وينتج ATP، نجد أن عملية التنفس والبناء الضوئي يكمل كلاً منهما الآخر فالناتج من كلاً منهما الأكسجين والماء وثاني أكسيد الكربون والجلوكوز.
ولا يمكن أن تحدث عملية التنفس بدون البناء الضوئي والعكس صحيح، ومن الاختلافات بينهما أن البناء الضوئي يحدث فقط في النباتات الخضراء والطحالب وبعض البكتيريا في البلاستيدات الخضراء بينما التنفس يحدث في جميع الكائنات الحية في الميتوكوندريا، والمواد المتفاعلة في التمثيل الضوئي الماء وثاني أكسيد الكربون والطاقة الشمسية بينما المواد المتفاعلة في عملية التنفس هي الأكسجين والجلوكوز.[1]
ما هي العلاقة بين التنفس الخلوي والبناء الضوئي
علاقة عكسية.
كما هو معروف أن عملية البناء الضوئي والتنفس من أهم العمليات البيولوجية والتي يتم فيها تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون فالتمثيل الضوئي يحدث في النباتات الخضراء والتي تقوم بتحويل الطاقة الشمسية والماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وجلوكوز، فالبناء الضوئي هو مصدر الأكسجين والغذاء لجميع الكائنات الحية ويحدث في البلاستيدات الخضراء حيث يتم إضافة وإزالة إلكترونات مما ينتج الطاقة اللازمة لها.
ويتكون البناء الضوئي من مرحلتين وهما الأولى والتي تحدث في وجود الشمس وفي وجود الماء وينتج عنها ATP وNADPH والأكسجين، ثم المرحلة الثانية في غياب الشمس ويتحول فيها ثاني أكسيد الكربون وATP وNADPH إلى جلوكوز أما عملية التنفس تحدث في الميتوكوندريا الموجودة في الخلايا الحيوانية والنباتية والتي يتحول فيها الجلوكوز إلى مصدر للطاقة (ATP).
وتلك المرحلة تحدث في وجود الأكسجين أو في غيابه حيث يتنقسم الجلوكوز إلى حمض البيروفيك ثم ينقسم إلى الأسيتيل CoA وينتج عن ذلك ATP الذي يدخل في جميع العمليات المهمة التي يقوم بها الجسم مثل الهضم والدورة الدموية وحركة العضلات، حيث أن عملية التنفس تتكون من مرحلتين وهما دورة حمض الستريك أو دورة كريبس وسلسلة نقل الإلكترون والتي تحدث في غشاء الميتوكوندريا.[2]
الفرق بين البناء الضوئي والتنفس
- من حيث التعريف.
- الكائنات التي تحدث فيها.
- المواد الناتجة.
- المواد التي تدخل في التفاعل.
- الأهمية.
- وجود الطاقة الشمسية.
من حيث التعريف : البناء الضوئي هو العملية التي يحدث فيها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مع استخدام الكلوروفيل الموجود في البلاستيدات الخضراء في وجود ستة جزيئات من الماء وستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون، وينتج عنها ستة جزيئات من الأكسجين وسلسلة من سكر الجلوكوز.
أما عملية التنفس فمن خلالها تحصل جميع الكائنات الحية على الأكسجين والذي هو أساسي للبقاء على قيد الحياة، ويحدث تبادل بين الحويصلات الهوائية التي تحتوي على الأكسجين والدم الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون والذي يساعد في ذلك اختلاف الضغط حيث أن الضغط في الحويصلات الهوائية أعلى من الدم.
الكائنات التي تحدث فيها : البناء الضوئي يحدث في النباتات وبعض أنواع البكتيريا، بينما التنفس يحدث في جميع الكائنات الحية.
المواد الناتجة : ينتج من عملية البناء الضوئي الماء والأكسجين والجلوكوز بينما التنفس ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون والماء وATP.
المواد التي تدخل في التفاعل : في البناء الضوئي الطاقة الضوئية والماء وثاني أكسيد الكربون بينما التنفس الأكسجين والجلوكوز.
الأهمية : من فوائد البناء الضوئي إنتاج الطاقة والغذاء بينما التنفس انطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون.
وجود الطاقة الشمسية : لا يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي بدون الطاقة الشمسية بينما التنفس لا يحتاج إليها فهو يحدث طوال الوقت.[3]
مراحل البناء الضوئي
- تفاعلات تعتمد على الضوء.
- لا تعتمد على الضوء.
تفاعلات تعتمد على الضوء : حيث أن الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي هي تحويل الطاقة الضوئية إلى جزيئات طاقة كيميائية تستخدم في المرحلة الثانية، حيث يتم امتصاص الضوء من خلال جزيئات الصبغة الموجودة في غشاء الثايلاكويد ثم تحويله إلى طاقة كيميائية تنتقل إلى الكلوروفيل وتستخدم في إنتاج الغذاء.
حيث يتم تكسير جزئ الماء إلى أيونات الهيدروجين والأكسجين والإلكترونات ثم تنتقل تلك الإلكترونات لإنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات وفوسفات ثنائي النوكليوتيد، وينتقل الأكسجين الناتج إلى الغلاف الجوي.
لا تعتمد على الضوء : وهي المرحلة التي يتم فيها إنتاج الكربوهيدرات في وجود ثاني أكسيد الكربون وتعرف باسم تفاعلات الظلام، حيث أن فوسفات ثنائي النوكليوتيد يحتوي على الهيدروجين الذي يدخل في تكوين الجلوكوز بينما الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ينتج الطاقة، وتنتج تلك التفاعلات السكروز الذي يعتبر مصدر الطاقة والغذاء في النباتات.
وتحدث عملية البناء الضوئي في البلاستيدة الخضراء وهي موجودة في الأوراق والسيقان حيث أن الورقة الواحدة بها عشرات الآلاف من الخلايا التي تحتوي على ما يقرب من أربعين إلى خمسين بلاستيدة خضراء، وتتكون البلاستيدة الخضراء من ثايلاكويدات ويتم ترتيبها في شكل عمودي.[4]
مراحل التنفس الخلوي
- تحلل السكر.
- دورة كريبس.
- نقل الإلكترونات.
تحلل السكر : أول خطوة في التنفس الخلوي هي تحلل السكر والذي يحدث في السيتوبلازم حيث تقوم الإنزيمات بتكسير جزئ الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك، ويؤدي ذلك إلى استخدام جزيئين من ATP (مصدر الطاقة) وبعد تكوينه تنطلق أربعة جزيئات من ATP كما يتم تكوين جزيئين من NADH وذلك من NAD في وجود إلكترونات عالية الطاقة، وهو عبارة عن جزئ يستخدم لإنتاج المزيد من ATP وفي نهاية تلك المرحلة يتحول حمض البيروفيك إلى جزيئين من أسيتيل CoA وثاني أكسيد الكربون.
دورة كريبس : وتعرف أيضاً باسم دورة حمض الستريك وتحدث تلك المرحلة في الميتوكوندريا والتي تلعب دوراً مهماً في عملية التنفس الخلوي، وفي دورة كريبس يتفاعل أسيتيل CoA مع الأوكسالاسيتات وهي عبارة عن جزئ رباعي الكربون، وينتج عن ذلك حمض الستريك والذي يحتوي على ست ذرات كربون ثم تحدث مجموعة تفاعلات لحمض الستريك والتي ينتج عنها ATP وNADH وFADH2، كما ينتج ثاني أكسيد الكربون وفي نهاية تلك المرحلة ينتج الكثير من الأوكسالاسيتات والذي يلعب دوراً مهماً في المرحلة الثالثة وهي نقل الإلكترونات.
نقل الإلكترونات : وهي المرحلة الأخيرة في التنفس الخلوي والتي ينتج عنها 32 جزئ ATP وذلك في وجود جزيئات NADH وFADH2 كما يتكون الماء نتيجة تفاعل الأكسجين مع الهيدروجين الذي ينطلق من NADH.[5]
أهمية البناء الضوئي
تكمن أهمية البناء الضوئي في أنها المصدر الوحيد للأكسجين الموجود في الغلاف الجوي والذي هو أساسي لاستمرار الحياة على سطح الأرض، كما أنها مصدر الغذاء لجميع النباتات والأشجار وبعض أنواع البكتيريا والطحالب حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية في وجود الماء وثاني أكسيد الكربون إلى غذاء، كما أن لها دور أساسي في دورة الكربون التي تحدث بين المحيطات والحيوانات والنباتات الموجودة على الأرض.
كما ينتج منها الطاقة والتي تسمى أدينوزين ثلاثي الفوسفات كما أن عملية التنفس الخلوي مهمة لعملية التمثيل الغذائي حيث ينتج عنها ثاني أكسيد الكربون، وبعض النباتات لا تقوم بعملية التمثيل الغذائي وفي الغالب تكون طفيلية مما يعني أنها تعتمد على كائن آخر يسمى المضيف لإنتاج الغذاء ومن أمثلتها نبات الأنبوب الهندي وهو ذات لون أبيض لأنه خالٍ من الكلوروفيل وزهور الزان.[6]
