Фотосинтез және тыныс алу - өмірдің негізінде жатқан екі процесс. Олардың екеуі де жасушада орын алады. Біріншісі - өсімдіктерде және кейбір бактерияларда, екіншісі - жануарларда, өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда және бактерияларда.
Жасушаның тыныс алуы мен фотосинтезі қарама-қарсы процестер деп айтуға болады. Бұл ішінара дұрыс, өйткені біріншісі оттегін сіңіріп, көмірқышқыл газын шығарады, ал екіншісі керісінше жасайды. Дегенмен, бұл екі процесті салыстыру да дұрыс емес, өйткені олар әртүрлі заттарды қолданатын әртүрлі органеллаларда жүреді. Олардың қажетті мақсаттары да әртүрлі: қоректік заттарды алу үшін фотосинтез қажет, ал энергия өндіру үшін жасушалық тыныс алу қажет.
Фотосинтез: ол қайда және қалай болады?
Бұл бейорганикалық заттардан органикалық заттарды алуға бағытталған химиялық реакция. Фотосинтез ағымының алғы шарты күн сәулесінің болуы болып табылады, өйткені оның энергиясы катализатор қызметін атқарады.
Өсімдіктерге тән фотосинтезді келесі теңдеу арқылы көрсетуге болады:
- 6CO2 + 6H2O=C6H 12 O6 +6O2.
Яғни, күн сәулесі болған кезде алты молекула көмірқышқыл газы мен бірдей мөлшердегі су молекуласынан өсімдік бір молекула глюкоза мен алты оттегі ала алады.
Бұл фотосинтездің ең қарапайым мысалы. Өсімдіктер глюкозадан басқа басқа да күрделі көмірсуларды, сондай-ақ басқа кластағы органикалық заттарды синтездей алады.
Бейорганикалық қосылыстардан амин қышқылын алу мысалы:
- 6SO2 + 4H2O + 2SO42 - + 2NO3- + 6H+=2C 3H7O2NS + 13О2.
Көріп отырғаныңыздай, көмірқышқыл газының алты молекуласынан, судың төрт молекуласынан, екі сульфат ионынан, екі нитрат ионынан және алты сутегі ионынан, екі цистеин молекуласынан және он үш оттегі молекуласынан күн энергиясы арқылы алуға болады.
Фотосинтез процесі арнайы органоидтарда – хлоропласттарда жүреді. Олардың құрамында химиялық реакциялардың катализаторы ретінде әрекет ететін пигмент хлорофилл бар. Мұндай органоидтар тек өсімдік жасушаларында болады.
Хлоропласт құрылымы
Бұл ұзартылған шар тәрізді органоид. Хлоропласттың мөлшері әдетте 4-6 мкм, бірақ кейбір балдырлардың жасушаларында үлкен пластидтерді – хроматофорларды кездестіруге болады, олардың мөлшері 50 мкм жетеді.
Бұл органоид екі мембранаға жатады. Ол сыртқы және ішкі қабықтармен қоршалған. Олар бір-бірінен мембрана аралық кеңістік арқылы бөлінген.
Хлоропласттың ішкі ортасы «строма» деп аталады. Оның құрамында тилакоидтар мен ламелла бар.
Тилакоидтар – құрамында хлорофилл бар жарғақшалардан тұратын жалпақ диск тәрізді қапшықтар. Бұл жерде фотосинтез жүреді. Үйінділерге жиналып, тилакоидтар грана түзеді. Бір гранадағы тилакоидтардың саны 3-тен 50-ге дейін өзгеруі мүмкін.
Ламеллалар мембраналар арқылы түзілетін құрылымдар. Олар тармақталған арналар желісі, олардың негізгі қызметі дәндер арасындағы байланысты қамтамасыз ету болып табылады.
Хлоропластарда сонымен қатар белоктардың синтезіне қажетті өздерінің рибосомалары және ДНҚ мен РНҚ бар. Бұған қоса, қоректік заттардан, негізінен крахмалдан тұратын қосындылар болуы мүмкін.
Жасушалық тыныс
Бұл процестің бірнеше түрі бар. Жасушалық тыныс алу анаэробты және аэробты болады. Біріншісі бактерияларға тән. Анаэробты тыныс алу бірнеше түрге бөлінеді: нитратты, сульфатты, күкіртті, темірді, карбонатты, фумаратты. Мұндай процестер бактерияларға оттегін пайдаланбай-ақ энергия алуға мүмкіндік береді.
Аэробты жасушалық тыныс алу барлық басқа организмдерге, соның ішінде жануарлар мен өсімдіктерге де тән. Ол оттегінің қатысуымен жүреді.
Жануарлар әлемінің өкілдерінде жасушалық тыныс алу арнайы органоидтарда жүреді. Оларды митохондриялар деп атайды. Өсімдіктерде жасушалық тыныс алу митохондрияларда да жүреді.
Қадамдар
Жасушалық тыныс алу үш кезеңде жүреді:
- Дайындық кезеңі.
- Гликолиз(анаэробты процесс, оттегі қажет емес).
- Тотығу (аэробты кезең).
Дайындық кезеңі
Бірінші кезең – ас қорыту жүйесіндегі күрделі заттардың қарапайым заттарға ыдырауы. Осылайша, аминқышқылдары белоктардан, май қышқылдары мен глицерин липидтерден, ал глюкоза күрделі көмірсулардан алынады. Бұл қосылыстар жасушаға, содан кейін тікелей митохондрияға тасымалданады.
Гликолиз
Бұл ферменттердің әсерінен глюкоза пирожүзім қышқылы мен сутегі атомдарына дейін ыдырайды. Бұл АТФ (аденозин үшфосфор қышқылы) түзеді. Бұл процесті келесі теңдеу арқылы көрсетуге болады:
- C6N12O6=2C3H3O3 + 4H + 2ATP.
Осылайша, глюкозаның бір молекуласынан гликолиз процесінде организм екі АТФ молекуласын ала алады.
Тотығу
Бұл кезеңде гликолиз кезінде түзілген пирожүзім қышқылы ферменттердің әсерінен оттегімен әрекеттеседі, нәтижесінде көмірқышқыл газы мен сутегі атомдары түзіледі. Содан кейін бұл атомдар кристалдарға тасымалданады, онда олар су мен 36 ATP молекуласын түзу үшін тотығады.
Сонымен, жасушалық тыныс алу процесінде барлығы 38 АТФ молекуласы түзіледі: екінші кезеңде 2 және үшінші кезеңде 36. Аденозин үшфосфор қышқылы митохондриялар жасушаны қамтамасыз ететін негізгі энергия көзі болып табылады.
Құрылыммитохондрия
Тыныс алуды жүзеге асыратын органоидтар жануарлардың, өсімдіктердің және саңырауқұлақтардың жасушаларында болады. Олардың пішіні сфералық және өлшемі шамамен 1 микрон.
Митохондриялар, хлоропласттар сияқты, мембрана аралық кеңістікпен бөлінген екі мембранадан тұрады. Бұл органоидтың қабықшаларының ішінде болатын нәрсе матрица деп аталады. Оның құрамында рибосомалар, митохондриялық ДНҚ (мтДНҚ) және мтРНҚ бар. Матрица гликолизден және тотығудың бірінші сатысынан өтеді.
Ішкі қабықтан тарақ тәрізді қатпарлар пайда болады. Олар cristae деп аталады. Мұнда жасушалық тыныс алудың үшінші кезеңінің екінші кезеңі өтеді. Оның барысында АТФ молекулаларының көпшілігі түзіледі.
Қос мембраналы органеллалардың шығу тегі
Фотосинтез бен тыныс алуды қамтамасыз ететін құрылымдар жасушада симбиогенез арқылы пайда болғанын ғалымдар дәлелдеді. Яғни, бір кездері олар бөлек организмдер болған. Бұл неліктен митохондриялардың да, хлоропластардың да өз рибосомалары, ДНҚ және РНҚ бар екенін түсіндіреді.
