Η βασική διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής είναι ότι η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία φωτοαυτοτροφικά, κυρίως πράσινα φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια, παράγουν υδατάνθρακες και οξυγόνο από διοξείδιο του άνθρακα και νερό χρησιμοποιώντας την ενέργεια στο ηλιακό φως, ενώ η φωτοαναπνοή είναι μια πλευρά αντίδραση κατά την οποία το ένζυμο RuBisCO οξυγονώνει τη RuBP, προκαλώντας σπατάλη της ενέργειας που παράγεται από τη φωτοσύνθεση.
Η φωτοσύνθεση και η φωτοαναπνοή είναι δύο διαδικασίες που συμβαίνουν στα φυτά. Ωστόσο, η φωτοσύνθεση είναι μια σημαντική διαδικασία ενώ η φωτοαναπνοή είναι μια σπάταλη διαδικασία. Μέρος της ενέργειας και του σταθερού άνθρακα χάνεται από τη φωτοαναπνοή από το ένζυμο που ονομάζεται οξυγενάση-καρβοξυλάση RuBP. Ως εκ τούτου, η φωτοαναπνοή μπορεί να αναφερθεί ως μια διαδικασία που μειώνει την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης στα φυτά.
Τι είναι η Φωτοσύνθεση;
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία τα πράσινα φυτά, τα κυανοβακτήρια και τα φύκια μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια σε χημική ενέργεια. Αυτή είναι μια μοναδική διαδικασία που συμβαίνει μόνο στα φωτοαυτοτροφικά. Αυτοί οι οργανισμοί συλλαμβάνουν ενέργεια από το ηλιακό φως και τη μετατρέπουν σε χημική ενέργεια με τη μορφή υδατανθράκων, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους οργανισμούς ως τροφή τους. Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί δεν εξαρτώνται από άλλους οργανισμούς για την τροφή τους σε αντίθεση με τους ανθρώπους και άλλα ετερότροφα. Παράγουν τη δική τους τροφή με φωτοσύνθεση και παρέχουν στους άλλους αυτό που παρήγαγαν. Στα φυτά, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στο οργανίδιο που ονομάζεται χλωροπλάστης.
Εικόνα 01: Φωτοσύνθεση
Οι χρωστικές ουσίες που ονομάζονται χλωροφύλλες που συμμετέχουν στη σύλληψη του φωτός. Τα φύλλα των φυτών είναι οι κύριες θέσεις φωτοσύνθεσης στα φυτά. Η δομή των φύλλων υποστηρίζει την αποτελεσματική φωτοσύνθεση ελαχιστοποιώντας την απώλεια νερού και κάνοντας την αποτελεσματική ανταλλαγή αερίων μέσω των στομάτων. Χρησιμοποιώντας πολλά βήματα, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό μετατρέπονται σε γλυκόζη και οξυγόνο χρησιμοποιώντας την ενέργεια στο ηλιακό φως. Υπάρχουν δύο κύριες αντιδράσεις στη φωτοσύνθεση. Είναι μια φωτοεξαρτώμενη αντίδραση (αντίδραση φωτός) και ανεξάρτητη από το φως αντίδραση (σκοτεινή αντίδραση ή κύκλος Calvin). Η αντίδραση φωτός παράγει ATP και NADPH ενώ η σκοτεινή αντίδραση παράγει μόρια σακχάρου χρησιμοποιώντας τα προϊόντα της αντίδρασης φωτός. Ο κύκλος του Calvin προχωρά μέσα από τρία κύρια στάδια, δηλαδή την καρβοξυλίωση, τη μείωση και την αναγέννηση. Ως υποπροϊόν το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα και αυτό είναι το μοριακό οξυγόνο που αναπνέουμε. Όταν οι οργανισμοί χρειάζονται ενέργεια, διασπούν αυτά τα μόρια σακχάρου κυρίως γλυκόζη και παράγουν ATP (μόρια ενέργειας) για τις κυτταρικές τους διεργασίες.
Τι είναι η φωτοαναπνοή;
Η φωτοαναπνοή είναι μια παρενέργεια του κύκλου Calvin. Κατά τη διάρκεια του κύκλου Calvin, ένα κύριο ένζυμο που ονομάζεται οξυγενάση RuBP - καρβοξυλάση (rubisco) μετατρέπει το RuBP σε φωσφογλυκεραλδεΰδη ενσωματώνοντας διοξείδιο του άνθρακα. Είναι η φυσιολογική διαδικασία παραγωγής μορίου γλυκόζης. Ωστόσο, αυτό το ένζυμο έχει την ικανότητα να ενσωματώνει οξυγόνο αντί για διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι το Rubisco έχει την ικανότητα να χρησιμοποιεί οξυγόνο ως υπόστρωμά του αντί για διοξείδιο του άνθρακα. Όταν συμβεί αυτό, ξεκινά η παραπάνω διαδικασία φωτοαναπνοής. Η φωτοαναπνοή πραγματικά σπαταλά ενέργεια και μέρος του σταθερού άνθρακα.
Εικόνα 02: Φωτοαναπνοή
Επιπλέον, μειώνει τη σύνθεση των μορίων ζάχαρης (μειώνει τον αριθμό των μορίων ζάχαρης που μπορούν να παραχθούν από τον κανονικό κύκλο του Calvin). Η φωτοαναπνοή ευνοείται από διάφορες συνθήκες, όπως χαμηλό διοξείδιο του άνθρακα: αναλογία οξυγόνου, υψηλή θερμοκρασία, κ.λπ. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, το ένζυμο rubisco έχει μεγαλύτερη συγγένεια προς το οξυγόνο από το διοξείδιο του άνθρακα. Ως εκ τούτου, τα φυτά που αναπτύσσονται σε ζεστές και ξηρές συνθήκες υφίστανται φωτοαναπνοή περισσότερο από τα φυτά που αναπτύσσονται σε άλλες περιοχές. Ωστόσο, οι πλάκες παρουσιάζουν διαφορετικές προσαρμογές και μηχανισμούς για την ελαχιστοποίηση της φωτοαναπνοής και της απώλειας ενέργειας. Ένα παράδειγμα είναι τα φυτά C4.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής;
- Και τα δύο εμφανίζονται στα φυτά.
- Το φως του ήλιου εμπλέκεται στη φωτοσύνθεση και τη φωτοαναπνοή.
- Και τα δύο χρησιμοποιούν ένζυμα.
- Εμφανίζονται μέσα στα κυτταρικά οργανίδια.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής;
Η φωτοσύνθεση και η φωτοαναπνοή είναι δύο διαδικασίες που συμβαίνουν στα φυτά. Η φωτοσύνθεση παράγει τρόφιμα ενώ η φωτοαναπνοή σπαταλά τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης. Ορισμένα φυτά που αναπτύσσονται σε ζεστές και ξηρές συνθήκες υφίστανται περισσότερο φωτοαναπνοή. Ως εκ τούτου, τα φυτά προσπαθούν να ελαχιστοποιήσουν τη φωτοαναπνοή υιοθετώντας διάφορους μηχανισμούς.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη διαφορά μεταξύ φωτοσύνθεσης και φωτοαναπνοής σε μορφή πίνακα.
Σύνοψη – Φωτοσύνθεση vs Φωτοαναπνοή
Η φωτοσύνθεση σταθεροποιεί το διοξείδιο του άνθρακα ενώ η φωτοαναπνοή σπαταλά μέρος του σταθερού άνθρακα μέσω της φωτοσύνθεσης. Και οι δύο διαδικασίες καθοδηγούνται από ένζυμα. Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια από φωτοαυτοτροφικά. Χρειάζεται ηλιακό φως, πράσινες χρωστικές, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Από την άλλη πλευρά, η φωτοαναπνοή λειτουργεί ως παράπλευρη αντίδραση του κύκλου Calvin στον οποίο το ένζυμο rubisco μετατρέπει τη RuBP σε PGA και PG ενσωματώνοντας O2 αντί για CO2Η φωτοαναπνοή συμβαίνει σε υψηλή θερμοκρασία και χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής.
