תוֹכֶן
- מטבוליזם של פוטוסינתזה
- תגובת אנרגיה
- תגובת פחמן
- נשימה סלולרית
- גליקולוזיס: פירוק הגלוקוזה
- מחזור קרבס
- מערכת תחבורה אלקטרונית
מעגל הפוטוסינתזה ומחזור הנשימה התאית משמש לייצור אנרגיה שמישה לצמחים ואורגניזמים אחרים. תהליכים אלה מתרחשים ברמה מולקולרית בתוך תאי האורגניזמים. בסולם זה, מולקולות המכילות אנרגיה מועברות באמצעות תהליכים מטבוליים שמניבים אנרגיה שניתן להשתמש בהם מייד. מקור אנרגיה אחד כזה מופק בפוטוסינתזה; אחר מאוחסן כמו סוללה כמו בנשימה סלולרית.
מטבוליזם של פוטוסינתזה
צמחים מקבלים אנרגיית אור דרך נקבוביות קטנות שעל העלים שלהם הנקראות stomata וממירים אותה באברונים הנקראים כלורופלסטים, הנמצאים בתאי הצמח בעלים וגבעולים ירוקים. האברונים הם חלקים מיוחדים בתא שמתפקדים בצורה דומה לאיברים. האנרגיה משמשת בתהליך זה להמרת פחמן דו חמצני ומים לפחמימות כמו גלוקוז וחמצן מולקולרי.
פוטוסינתזה היא תהליך מטבולי שני חלקים. שני החלקים של המסלול הביוכימי של הפוטוסינתזה הם התגובה לקיבוע האנרגיה והתגובה לתיקון הפחמן. הראשון מייצר מולקולות אדנוזין טריפוספט (ATP) ומולקולות נינוטין אמינו דינוקלאאוטיד פוספט מימן (NADPH). שתי המולקולות מכילות אנרגיה ומשמשות בתגובה לקיבוע הפחמן ליצירת גלוקוז.
תגובת אנרגיה
בתגובת קיבוע האנרגיה של הפוטוסינתזה, אלקטרונים מועברים דרך קואנזימים ומולקולות שם הם משחררים את האנרגיה שלהם. מרבית האלקטרונים מועברים לאורך השרשרת, אך חלק מאנרגיה זו משמשת להנעת פרוטונים בצורה של מימן על פני הממברנה התילקואיד בתוך הכלורופלסט. לאחר מכן משתמשים באנרגיה שנשמרת לסינתזה של ATP ו- NADPH.
תגובת פחמן
במהלך תגובת קיבוע הפחמן, האנרגיה ב- ATP וב- NADPH המיוצרת בתגובת קיבוע האנרגיה משמשת להמרת פחמימות לגלוקוז וסוכרים אחרים וחומרים אורגניים. זה מתרחש דרך מחזור קלווין, על שמו של החוקר מלווין קלווין. המחזור משתמש בפחמן דו חמצני שנרכש מהאטמוספרה. מימן מ NADPH, פחמן מפחמן דו חמצני וחמצן ממים, יוצרים את מולקולות הגלוקוז המוגדרות כ- C6ח12הו6.
נשימה סלולרית
אורגניזמים משתמשים בנשימה סלולרית כדי להמיר פחמימות לאנרגיה, ותהליך זה מתרחש בציטופלזמה של התא. האנרגיה המשתחררת מפחמימות מאוחסנת במולקולות ATP. מולקולות אלה נוצרות תוך שימוש באנרגיה המתקבלת מפחמימות לשילוב מולקולות אדנוזין דיפוספט (ADP) ויוני פוספט. לאחר מכן תאים משתמשים באנרגיה מאוחסנת זו לתהליכים שונים תלויים באנרגיה.
מיוצרים גם במהלך הנשימה סלולרית הם מים ופחמן דו חמצני. התהליך שמניב את שלושת המוצרים הללו מורכב מארבעה חלקים: גליקולוזיס, מחזור קרבס, מערכת הובלת האלקטרונים וכימוסמוזיס.
גליקולוזיס: פירוק הגלוקוזה
במהלך גליקולוזיס, הגלוקוז מתפרק לשתי מולקולות חומצה פירובית. שתי מולקולות ATP מיוצרות במהלך תהליך זה. שתי מולקולות ניקוטין-אדנין דינוקלוטיד (NADH) שישמשו במערכת הובלת האלקטרונים מועברות גם במהלך גליקולוזיס.
מחזור קרבס
במחזור קרבס משתמשים בשתי מולקולות של חומצה פירובית המיוצרת במהלך גליקולוזיס ליצירת NADH. זה מתרחש כאשר מוסיפים מימן ל- NAD. מיוצרים גם במהלך מחזור קרבס הם שתי מולקולות ATP.
אטומי פחמן שמשתחררים בתהליך משתלבים עם חמצן ליצירת פחמן דו חמצני. שש מולקולות דו תחמוצת הפחמן משתחררות בסיום המחזור. שש מולקולות אלה תואמות את ששת אטומי הפחמן בגלוקוז ששימשו בתחילה בגיריקולוזיס.
מערכת תחבורה אלקטרונית
ציטוכרומים (פיגמנטים לתאים) וקואנזימים במיטוכונדריה יוצרים את מערכת הובלת האלקטרונים.
אלקטרונים שנלקחו מ- NAD מועברים דרך מולקולות נשאות ומעבירות אלה. בנקודות מסוימות במהלך המערכת מועברים פרוטונים בצורת אטומי מימן מ- NADH על פני ממברנה ומשתחררים לאזור החיצוני של המיטוכונדריה. חמצן הוא המקבל האלקטרונים האחרון בשרשרת. כאשר הוא מקבל אלקטרון, חמצן נקשר עם המימן המשוחרר ליצירת מים.