נשימה ופוטוסינתזה

bodas

New member
נשימה ופוטוסינתזה

היות וממממממששששש משעמם לי, אני צם, אין כלום לראות בטלוויזיה ואני אוהב ביולוגיה - הכנתי לכם סיכומים. הסיכומים הם ברמה "קצת מעל" לתיכון, אבל הם בהחלט יכולים לעזור להבין את שני התהליכים החשובים הללו. תיקונים, הערות והארות - בשמחה.
 

bodas

New member
../images/Emo39.gif פוטוסינתזה ../images/Emo39.gif

הגדרה: תהליך הנעזר באנרגיה אלקטרומגנטית (אור בתחום הנראה), בכדי להפוך פחמן דו חמצני, מים ומנרלים למולקולות אורגניות חיוניות, למשל סוכרים. מידע כללי: לשם מה זקוק הצמח (או האורגניזם הפוטוסינתטי) לסוכרים? משום שהסוכרים מהווים "אבני בניין" להתפתחות הצמח. יש בהם אנרגיה כימית פוטנציאלית רבה וניתן לבנות מהם את החומרים המרכיבים ייצור חי. פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים, אברונים תוך תאיים הבנויים במבנה של ממברנות פנימיות. בתוכם ניתן למצוא את פיגמנט הכלורופיל (פיגמנט = צבען), בעל הגוון הירוק. האנרגיה הדרושה לתהליך מגיעה מאור השמש הנראה לעין (בתחום קרינה של 400-700 ננומטר), כאשר הפוטוסינתזה היא אידאלית תחת אור "סגול" (400-500 ננומטר) ואור "אדום" (650-700 ננומטר). התהליך: תהליך הפוטוסינתזה מתחלק לשני תת-תהליכים – פוטוליזה ופוטופוספורילציה. בתהליך הפוטוליזה מתפרקים המים (H2O). זהו תהליך שדורש אנרגיה, וכאמור אנרגיה זו מגיעה מאור השמש. בתהליך הפוטופוספורילציה נוצרת מולקולה אחת של ATP, ה"אנרגיה הכימית הזמינה של התא". כעת באמצעות ה- ATP ומולקולה נוספת שנוצרת בפוטוליזה (NADPH, למי שזה מעניין אותו) מייצרים את הסוכרים. המולקולות הנ"ל מפורקות, משחררות את האנרגיה הדרושה, ובאמצעותה מורכב הפחמן הדו חמצני לסוכר. מידע כללי נוסף: במהלך שעות היום מיוצר סוכר בעודפים והוא מאוכסן בתאים בצורת גרגירי עמילן. מדוע בצורה של גרגירי עמילן ולא כגלוקוז? הרי ממילא כשיצטרכו להשתמש בו יפורק העמילן לגלוקוז... התשובה נעוצה בשיקולים אוסמוטיים – הגלוקוז מסיס במים, ולכן משפיע על ריכוז המומסים בהם. אם הגלוקוז היה מצטבר בכלורופלסטים הוא היה גורם לעלייה בריכוז המומסים בכלורופלסטים, ואגב-כך לכניסה של מים לתוכם (אוסמוזה). כניסה מוגזמת של מים הייתה גורמת להתפוצצות ממברנת הכלורופלסט (שלא מוגנת בדופן, כמו ממברנת התא הצמחי). לעומתו, העמילן לא מסיס במים, ולכן לא משפיע על המאזן האוסמוטי. 5 גורמים משפיעים על קצב הפוטוסינתזה:
עוצמת אור – ביחס ישר: ככל שעוצמת האור עולה כך קצב התהליך עולה.
זמינות מים – מן הסתם, המים דרושים לבניית הסוכרים.
זמינות מינרלים – חומרים כימיים המשתתפים בתהליך ובלעדיהם הוא לא היה מתרחש.
זמינות CO2 – בדומה למים.
טמפרטורה – המשפיעה על פעילות האנזימים, שנמצאים במעגלים השונים. הערה: ברמת הבגרות אין צורך להבין ולדעת את תת התהליכים פוטוליזה ופוטופוספורילציה.
 
ליתר דיוק

באופן כללי הסיכום נראה לי מדוייק (אם כי מתומצת). כדי להיות יותר מדוייק הייתי מוסיף ש: עצמת אור משפיעה על קצב הפוטוסינתזה ביחס ישר עד גבול מסויים שבו האור מפסיק להיות גורם מגביל. בנקודה זו יכולים להיכנס גורמים מגבילים אחרים כמו ריכוז CO2 ואז קצב הפוטוסינתזה לא יושפע מעצמת האור. הייתי מדייק יותר בניסוח: ריכוז ה- CO2 באויר (או הלחץ החלקי שלו) משפיע על קצב הפוטוסינתזה. לא רק הזמינות. כמו-כן ברמת הבגרות כדאי לדעת על מבנה הכלורופלסט בצורה יותר מפורטת, לדעת שהפוטוסינתזה מורכבת מ "תהליך אור" המתבצע רק באור ו"תהליך חושך" (שם גרוע) היכול להתבצע גם באור וגם בהיעדר אור. מחוסר זמן וחשק אינני מפרט מעבר לראשי הפרקים האלו.
 

bodas

New member
צודק

גם אני רציתי לציין שזה "עד גבול מסוים", אבל לא ידעתי אם צריך לדעת את זה או לא. אבל זה אכן נשמע לי טריוויאלי, אז תודה על התוספת. לגבי מבנה הכלורופלסט - אתה בטוח שצריך לדעת? אם כן אז: מבנה הכלורופלסט - אברון זה בנוי בצורה של רשת ממברנות פנימיות. כל שקיק ממברנה מכונה "טילוקויד", וערימה של טילוקוידות מכונה "גרנה". הנוזל בתוך הכלורופלסט מכונה "סטרומה". בתוך הטילוקוידות מתרחש תהליך ההטמעה עצמו, ושם גם נמצא הכלורופיל. לגבי "תהליך אור" ו"תהליך חושך" - דווקא הייתי שמח אם היית מפרט על פוטוסינתזה בחושך... לא מכיר.
 
אז ככה

כאמור המושגים תהליך אור ותהליך חושך הם לא לגמרי מדוייקים. ההסבר להלן ברמה גבוהה יותר מהנדרש בתיכון. בסוף סיכמתי מה שלדעתי חשוב לדעת ברמת תיכון. (מי שלומד גלגולי אנרגיה צריך אולי לדעת יותר). בתהליך האור: אנרגיית האור נקלטת ע"י מערכות האור (יש שתיים כאלה) המורכבות כל אחת ממולקולת כלורופיל ופיגמנטים נוספים. כתוצאה מאנרגיית האור אחד האלקטרונים בכלורופיל עובר למצב מעורר (במילים פשוטות מקבל אנרגיה). אלקטרון זה נקלט ע"י מולקולה אחרת ועובר דרך סדרה של מולקולות (נקראות ציטוכרומים אם אתם ממש חייבים לדעת) כשבכל פעם הוא מאבד אנרגיה. יחד עם האלקטרון עוברים גם מימנים המתקבלים מפרוק המים מצד אחד של ממברנת התילקואיד לצידה השני, כך שנוצר מפל ריכוזים של יוני מימן. כתוצאה ממפל הריכוזים יש מעבר ספונטני (לא דורש אנרגיה) של יוני מימן מצד אחד של לצידה השני. מעבר זה נעשה דרך חלבון מיוחד והוא מצומד ליצירה של ATP (אותו תהליך פוטופוספורילציה שהזכרת).בתום שרשרת מעבר האלקטרונים נוצר NADPH שגם אותו הזכרת. תהליך החושך: בתהליך זה ה ATP וה NADPH שנוצרו בתהליך האור משמשים ליצירת גלוקוז מ CO2 ומולקולה בעלת 5 פחמנים. זהו תהליך מעגלי המכונה מעגל קלוין. הוא יכול להתבצע גם באור וגם בחושך. אגב, המולקולה הראשונה אליה נקשר CO2 נקראת ריבולוז-5-ביספוספט. אני מזכיר זאת רק כי האנזים האחראי לתהליך ריבולוז-5-ביספוספט קרבוקסילאז (או בקיצור רוביסקו) הוא האנזים הנפוץ ביותר בטבע. לסיכום: ברמת תיכון צריך לזכור שתהליך האור הוא תהליך המתבצע רק באור, במהלכו עוברת מולקולת הכלורופיל עירור ואלקטרונים עוברים דרך סדרת נשאים ובסופו נוצר ATP וחומר מחזר NADPH. תהליך החושך יכול להתבצע גם באור וגם בחושך ובו משמשים ה ATP וה NADPH שנוצרו בתהליך האור לקיבוע CO2 ויצירת גלוקוז. אגב, לגבי מה שכתבת על-כך שהסוכר נשמר בצורת עמילן ולא כגלוקוז: זה נכון, אבל זה כבר לא חלק מתהליך הפוטוסינתזה, אלא תהליך אחר (וכידוע התהליכים בתא שלובים זה בזה וההגדרה היכן נגמר אחד ומתחיל אחר היא די שרירותית).
 

bodas

New member
../images/Emo121.gifנשימה../images/Emo121.gif

הגדרה: תהליך מיטוכונדריאלי בו גלוקוז (או מולקולות אורגניות אחרות) עובר פירוק וחמצון לפחמן דו חמצני ומים. חלק מהאנרגיה החופשית המשתחררת בתהליך הזה מנוצלת ליצירת ATP. מידע כללי: גם יצורים הטרוטרופים וגם יצורים אוטוטרופיים מייצרים ATP מסוכרים ע"י תהליך הנשימה. התהליך: השלב הראשון בתהליך הנשימה נקרא גליקוליזה. בגליקוליזה מפורק מול של גלוקוז לשתי מולקולות של חומצת פירובט. בתהליך זה מרוויחים שתי מולקולות של ATP ושתי מולקולות של NADH (גם היא מולקולה המהווה פוטנציאל אנרגתי כימי). כעת יכול התהליך להתפתח לשני כיוונים:
בנשימה אנאירובית (ללא חמצן) – המימן (מה- NADH) נתרם ליצירת חומצת חלב או אתנול בזמן פירוק חומצת הפירובט.
בנשימה אירובית (עם חמצן) – הפירובט מפורק לחומר אחר (אצטיל קו-אנזים A) הנכנס למעגל קרבס. זהו מעגל כימי שבסופו מרוויחים 2 מולקולות ATP, 2 מולקולות FADH ו-6 מולקולות NADH. בהמשך מנוצלים גם ה- FADH וה- NADH ליצירת ATP. מידע כללי נוסף: ניתן לראות בבירור שתהליך נשימה אירובי יעיל יותר מתהליך נשימה אנאירובי. אם נסכם נגלה כי בתהליך הנשימה האנאירובי מרוויחים רק 2 מולקולות של ATP, לעומת 38 (!) בנשימה אירובית. מדוע? מפני שאתנול וחומצות חלב הן מולקולות עתירות אנרגיה. כלומר, לא ניצלנו את כל האנרגיה שאפשר להוציא מגלוקוז... נתקענו איפשהו באמצע, וזאת משום שללא נוכחות חמצן, לא ניתן לפרק את הפירובט ליותר מאתנול או חומצת חלב. מדוע אם ככה יש אורגניזמים המשתמשים בנשימה אנאירובית? יש אורגניזמים אנאירוביים שבמידה ויחשפו לחמצן יתחילו לנשום בצורה אירובית. אלו נקראים אורגניזמים אנאירובים פקולטטיביים (פקולטה=בחירה). אורגניזמים אנאירובים אחרים שהחמצן מהווה להם רעל ועלול לגרום למותם נקראים אנאירובים אובליגטוריים (אובליגטורי=חייב). נקח למשל את השמרים. בתנאים רגילים, בנוכחות חמצן, השמרים נושמים נשימה אירובית (אווירנית בעברית צחה), אך במידה ותנאי הסביבה משתנים וריכוז החמצן יורד, השמרים עוברים לנשימה אנאירובית שמאפשרת להם לשרוד.
 

bodas

New member
../images/Emo13.gifועוד קצת מהצד...../images/Emo13.gif

מהו ההבדל בין פוטוסינתזה לנשימה? ההבדל העקרוני בין שני התהליכים הוא שבפוטוסינתזה לוקחים מימן ופחמן אי-אורגניים (בצורת פחמן דו חמצני ומים) ובונים מהם תרכובות אורגניות, ובתהליך הנשימה לוקחים מימן ופחמן אורגני (מהגלוקוז) ובונים מהם תרכובות אי-אורגניות (פחמן דו חמצני ומים). וקצת העשרה: 1. בעבר התווכחו החוקרים מי מבין שני החומרים, מים ופחמן דו חמצני, מפורק בתהליך הפוטוסינתזה. היה ברור שרק אחד מהם מתפרק, שכן מבנה הגלוקוז (C6H12O6) היה ידוע, וכן גם המבנה הכימי של המים והפחמן הדו חמצני. החוקרים התווכחו מי מבין שני החומרים תורם את החמצן, שמשתחרר כחומר לוואי. שני ניסויים הוכיחו כי המים הם אלו המתפרקים בתהליך ותורמים את החמצן (פוטוליזה להזכירכם):
בניסוי שנערך לקחו החוקרים פחמן דו חמצני "רגיל" ומים "כבדים" בהם איזוטופ של חמצן (O18), קרי לחמצן היו 18 ניוטרונים בגרעין - דבר ששינה את משקלו בלבד. בניסוי מבוקר נאסף החמצן שנפלט בתהליך ונמצא כי זהו חמצן "כבד", כלומר מקורו מהמים ולא מהפחמן הדו חמצני שהכיל חמצן "רגיל".
בניסוי אחר שמו החוקרים כלורופלסטים בלבד במים, ללא נוכחות פחמן דו חמצני. למרות היעדר הפחמן הדו חמצני השתחרר חמצן בניסוי – שוב הוכחה כי המים הם אלו המתפרקים. 2. בתהליך הפוטוסינתזה משתתף אנזים המכונה Rubisco. תפקידו של אנזים זה לחבר פחמן דו חמצני למולקולה אורגנית אחרת המכונה RuBP, במעגל קלווין. אך לאנזים זה יש בעיה. כאשר ריכוז הפחמן הדו חמצני יורד מתחת לרמה מסוימת, האנזים מתחיל לקשור חמצן ל- RuBP במקום פחמן דו חמצני. התוצאה הסופית של התהליך הזה היא איבוד של פחמן אורגני, כלומר – ההיפך ממה שאמור לקרות בתהליך הפוטוסינתזה. זהו תהליך ה"פוטו-נשימה" - נשימה המתרחשת בתהליך פוטוסינתטי. התהליך פוגע בתפוקה של הפוטוסינתזה בכ- 30%. זהו...
 

xc

New member
מעל לרמת תיכון?

אתה בטוח? אנחנו בכיתה י"א כבר נכנסו לדברים שאתה מדבר עליהם ואפילו לחלקם יותר בהרחבה. שלבים שלמדנו בהרחבה בפוטסיטזה: שלב האור (בגרנה) שלב החושך (בסטרומה) {קיבוע co2 , מעגל קלוין}. נשימה תאית: גליקוזליזה, חמצון חומצה פירובית לאצטיל קואנזים A, מעגל קרבס, זרחון חמצוני. כמו כן על כולי תהליכי הנשימה האנאירובית. הייתי גם מזכיר את הקשר החזק שבין פוטוסינתזה ודיות- צמח בעל יעילות פוטוסינטטית גובהה הוא צמח שבו קצב הפוטוסינתזה גבוה וקצב הדיות נמוך. אולי אחריב על הנושא מאוחר יותר. יום טוב.
 
כן ולא

מי שלומד את הנושא גלגולי אנרגיה מורחב אכן לומד את הדברים האלו בצורה מפורטת. מי שלומד את הנושא בהיקף מצומצם או לא לומד אותו כלל זה בהחלט מעל הרמה. בכל אופן, הדרך הטובה ביותר לדעת מהי הרמה הנדרשת היא לעבור על בחינות בגרות של שנים קודמות (וכמובן לדעת אילו נושאים למדתם בהיקף מורחב ובהיקף מצומצם). הקשר בין פוטוסינתזה ודיות בהחלט חשוב, וכדי לסבך עוד יותר את הנושא: לדיות יש תפקיד מרכזי בהובלת המים בצמח. מה שרק מראה עד כמה יצורים חיים הם מורכבים וכמה התהליכים שאנחנו חוקרים/לומדים/מלמדים בנפרד בעצם שלובים זה בזה.
 
למעלה