Rozdíl mezi fotosyntézou aerobního a anaerobního buněčného dýchání

Aerobní dýchání, anaerobní dýchání a fermentace jsou způsoby, jak živé buňky produkují energii z potravinových zdrojů. Zatímco všechny živé organismy provádějí jeden nebo více z těchto procesů, je schopna pouze vybraná skupina organismů fotosyntéza což jim umožňuje vyrábět jídlo ze slunečního světla. Avšak i v těchto organismech jídlo produkovaný fotosyntézou se přeměňuje na buněčnou energii buněčným dýcháním.

Charakteristickým rysem aerobního dýchání ve srovnání s fermentačními cestami je předpoklad pro kyslík a mnohem vyšší výtěžek energie na molekulu glukózy.

Glykolýza je univerzální počáteční cesta prováděné v cytoplazmě buněk pro štěpení glukózy na chemickou energii. Energie uvolněná z každé molekuly glukózy se používá k připojení fosfátu ke každé ze čtyř molekul glukózy adenosindifosfát (ADP) k produkci dvou molekul adenosintrifosfátu (ATP) a další molekuly NADH.

Energie uložená ve fosfátové vazbě se používá v jiných buněčných reakcích a často se považuje za energetickou „měnu“ buňky. Jelikož však glykolýza vyžaduje vstup energie ze dvou molekul ATP, čistý výnos z glykolýzy je pouze dvě molekuly ATP na molekulu glukózy. Samotná glukóza se během glykolýzy rozkládá na pyruvát.

Aerobní dýchání se vyskytuje v mitochondriích v přítomnosti kyslíku a poskytuje většinu energie pro organismy schopné tohoto procesu. Pyruvát se přemístí do mitochondrií a převede se na acetyl CoA, který se poté spojí s oxaloacetátem za vzniku kyseliny citronové v první fázi cyklus kyseliny citronové.

Následující série převádí kyselinu citronovou zpět na oxaloacetát a produkuje molekuly nesoucí energii spolu se způsoby nazývanými NADH a FADH₂.

Každé otočení Krebsova cyklu je schopné produkovat jednu molekulu ATP a dalších 17 molekul ATP prostřednictvím elektronového transportního řetězce. Jelikož glykolýza poskytuje dvě molekuly pyruvátu pro použití v Krebsově cyklu, celkový výtěžek pro aerobní dýchání je 36 ATP na molekulu glukózy navíc ke dvěma ATP produkovaným během glykolýza.

Terminálním akceptorem pro elektrony během elektronového transportního řetězce je kyslík.

Nesmí být zaměňována s anaerobní dýchání„K fermentaci dochází v nepřítomnosti kyslíku v cytoplazmě buněk a přeměňuje pyruvát na odpadní produkt za vzniku molekul nesoucích energii potřebných k pokračování glykolýzy. Jelikož jedinou energií produkovanou během fermentace je glykolýza, celkový výtěžek na molekulu glukózy je dva ATP.

Zatímco produkce energie je podstatně menší než aerobní dýchání, fermentace umožňuje, aby přeměna paliva na energii pokračovala bez kyslíku. Příklady fermentace zahrnují fermentaci kyselinou mléčnou u lidí a jiných zvířat a ethanolová fermentace kvasinkami. Odpadní produkty se buď recyklují, když se organismus znovu dostane do aerobního stavu, nebo se z organismu odstraní.

Nalezeno u vybraných prokaryot, anaerobní dýchání využívá elektronový transportní řetězec stejně aerobní dýchání, ale místo použití kyslíku jako terminálního akceptoru elektronů existují další prvky použitý. Mezi tyto alternativní akceptory patří dusičnan, síran, síra, oxid uhličitý a další molekuly.

Tyto procesy významně přispívají k cyklování živin v půdě a také umožňují těmto organismům kolonizovat oblasti neobyvatelné jinými organismy.

Na rozdíl od různých buněčných dýchacích cest je fotosyntéza používána rostlinami, řasami a některými bakteriemi k výrobě potravy potřebné pro metabolismus. V rostlinách dochází k fotosyntéze ve specializovaných strukturách nazývaných chloroplasty, zatímco fotosyntetizující bakterie obvykle provádějí fotosyntézu podél membránových výběžků plazmatické membrány.

Fotosyntézu lze rozdělit do dvou fází: reakce závislé na světle a reakce nezávislé na světle.

Během reakce závislé na světle, světelná energie se používá k energii elektronů odstraněných z vody a produkci a protonový gradient to zase produkuje molekuly vysoké energie, které podporují reakce nezávislé na světle. Když jsou elektrony odstraněny z molekul vody, molekuly vody se rozloží na kyslík a protony.

Protony přispívají k protonovému gradientu, ale kyslík se uvolňuje. Během reakcí nezávislých na světle se energie vyrobená během světelných reakcí používá k výrobě molekul cukru z oxidu uhličitého pomocí procesu zvaného Calvinův cyklus.

Calvinův cyklus produkuje jednu molekulu cukru na každých šest molekul oxidu uhličitého. V kombinaci s molekulami vody použitými při reakcích závislých na světle je obecný vzorec pro fotosyntézu 6 H₂O + 6 CO₂ + světlo → C.₆H₁₂Ó₆ + 6 O.₂.