Разлика между аеробна и анаеробна клетъчна дихателна фотосинтеза

Аеробното дишане, анаеробното дишане и ферментацията са методи за живите клетки да произвеждат енергия от хранителни източници. Докато всички живи организми провеждат един или повече от тези процеси, само избрана група организми са способни фотосинтеза което им позволява да произвеждат храна от слънчева светлина. Въпреки това, дори в тези организми, храната произведени чрез фотосинтеза се превръща в клетъчна енергия чрез клетъчно дишане.

Отличителна черта на аеробното дишане в сравнение с ферментационните пътища е предпоставката за кислород и много по-високият добив на енергия на молекула глюкоза.

Гликолизата е универсален начален път провежда се в цитоплазмата на клетките за разграждане на глюкозата до химическа енергия. Енергията, освободена от всяка молекула глюкоза, се използва за свързване на фосфат към всяка от четирите молекули на аденозин дифосфат (ADP), за да се получат две молекули аденозин трифосфат (ATP) и допълнителна молекула от NADH.

Енергията, съхранявана във фосфатната връзка, се използва в други клетъчни реакции и често се разглежда като енергийна "валута" на клетката. Тъй като обаче гликолизата изисква въвеждането на енергия от две молекули АТФ, нетният добив от гликолиза е само две молекули АТФ на молекула глюкоза. Самата глюкоза се разгражда до пируват по време на гликолиза.

Аеробното дишане се случва в митохондриите в присъствието на кислород и дава по-голямата част от енергията за организмите, способни на процеса. Пируватът се премества в митохондрии и се превръща в ацетил КоА, който след това се комбинира с оксалоацетат за получаване на лимонена киселина в първия етап на цикъл на лимонена киселина.

Следващата серия превръща лимонената киселина обратно в оксалоацетат и произвежда енергоносители молекули заедно с начин, наречен NADH и FADH₂.

Всеки завой от цикъла на Кребс е способен да произвежда една молекула АТФ и допълнителни 17 молекули АТФ през електронно транспортната верига. Тъй като гликолизата дава две молекули пируват за използване в цикъла на Кребс, общият добив за аеробното дишане е 36 ATP на молекула глюкоза в допълнение към двата ATP, произведени през гликолиза.

Крайният акцептор на електроните по време на електронно-транспортната верига е кислородът.

Да не се бърка с анаеробно дишане, ферментацията се случва при липса на кислород в цитоплазмата на клетките и превръща пирувата в отпадъчен продукт, за да произведе молекулите, пренасящи енергия, необходими за продължаване на гликолизата. Тъй като единствената енергия, получена по време на ферментацията, е чрез гликолиза, общият добив на молекула глюкоза е два АТФ.

Докато производството на енергия е значително по-малко от аеробното дишане, ферментацията позволява превръщането на горивото в енергия да продължи при липса на кислород. Примери за ферментация включват млечнокисела ферментация при хора и други животни и етанолна ферментация от дрожди. Отпадъчните продукти или се рециклират, когато организмът отново влезе в аеробно състояние, или се отстраняват от организма.

Намерено в избрани прокариоти, анаеробното дишане използва електронно-транспортна верига аеробно дишане, но вместо да се използва кислород като краен електронен акцептор, други елементи са използвани. Тези алтернативни акцептори включват нитрати, сулфати, сяра, въглероден диоксид и други молекули.

Тези процеси имат важен принос за цикличността на хранителните вещества в почвите, както и позволяват на тези организми да колонизират райони, необитаеми от други организми.

За разлика от различните пътища на клетъчно дишане, фотосинтезата се използва от растения, водорасли и някои бактерии за производството на храната, необходима за метаболизма. При растенията фотосинтезата се случва в специализирани структури, наречени хлоропласти, докато фотосинтетичните бактерии обикновено извършват фотосинтеза по мембранни удължения на плазмената мембрана.

Фотосинтезата може да бъде разделена на два етапа: светлинно зависими реакции и независими от светлината реакции.

По време на светлинно зависими реакции, светлинната енергия се използва за енергизиране на електроните, отстранени от водата и произвеждането на а протонен градиент което от своя страна произвежда високоенергийни молекули, които подхранват независимите от светлината реакции. Тъй като електроните се отнемат от водните молекули, водните молекули се разграждат до кислород и протони.

Протоните допринасят за протонния градиент, но кислородът се освобождава. По време на независимите от светлината реакции, енергията, получена по време на светлинните реакции, се използва за получаване на захарни молекули от въглероден диоксид чрез процес, наречен цикълът на Калвин.

Цикълът на Калвин произвежда една молекула захар на всеки шест молекули въглероден диоксид. В комбинация с водните молекули, използвани в зависимите от светлината реакции, общата формула за фотосинтеза е 6 Н₂O + 6 CO₂ + светлина → C₆З.₁₂О₆ + 6 O.₂.