Fotosyntéza a buněčný dýchací cyklus se používají k výrobě využitelné energie pro rostliny a jiné organismy. Tyto procesy probíhají na molekulární úrovni uvnitř buněk organismů. V tomto měřítku jsou molekuly obsahující energii podrobeny metabolickým procesům, které poskytují energii, kterou lze okamžitě použít. Jeden takový zdroj energie se vyrábí fotosyntézou; jiný je uložen jako baterie jako v buněčném dýchání.
Fotosyntéza
Rostliny přijímají světelnou energii malými póry na svých listech zvaných průduchy a přeměňují ji v organely zvané chloroplasty, které se nacházejí v rostlinných buňkách v listech a zelených stoncích. Organely jsou specializované části buňky, které fungují orgánově. Energie se v tomto procesu používá k přeměně oxidu uhličitého a vody na sacharidy, jako je glukóza a molekulární kyslík.
Fotosyntéza je dvoudílný metabolický proces. Dvě části biochemické dráhy fotosyntézy jsou reakce vázající energii a reakce vázající uhlík. První produkuje molekuly adenosintrifosfátu (ATP) a nikotinamidadenindinukleotidfosfát vodíku (NADPH). Obě molekuly obsahují energii a používají se při reakci vázající uhlík k tvorbě glukózy.
Reakce fixující energii
Při energeticky vázané reakci fotosyntézy procházejí elektrony koenzymy a molekulami, kde uvolňují svoji energii. Většina elektronů prochází řetězcem, ale část této energie se používá k pohybu protonů ve formě vodíku přes tylakoidní membránu uvnitř chloroplastu. Zachovaná energie se poté použije k syntéze ATP a NADPH.
Reakce fixující uhlík
Během reakce vázající uhlík se energie v ATP a NADPH produkovaná při reakci vázající energii používá k přeměně sacharidů na glukózu a další cukry a organické látky. K tomu dochází v průběhu Calvinova cyklu, pojmenovaného pro výzkumníka Melvina Calvina. Cyklus využívá oxid uhličitý získaný z atmosféry. Vodík z NADPH, uhlík z oxidu uhličitého a kyslík z vody se spojí a vytvoří molekuly glukózy označené jako C.6H12Ó6.
Buněčné dýchání
Organismy využívají buněčné dýchání k přeměně sacharidů na energii a tento proces probíhá v buněčné cytoplazmě. Energie uvolněná ze sacharidů je uložena v molekulách ATP. Tyto molekuly jsou tvořeny pomocí energie získané ze sacharidů ke kombinaci molekul adenosindifosfátu (ADP) a fosfátových iontů. Buňky poté využívají tuto akumulovanou energii pro různé energeticky závislé procesy.
Během buněčného dýchání se také vyrábí voda a oxid uhličitý. Proces, při kterém se získávají tyto tři produkty, se skládá ze čtyř částí: glykolózy, Krebsova cyklu, elektronového transportního systému a chemiosmózy.
Glykolóza: Odbourávání glukózy
Během glykolózy se glukóza rozkládá na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové. Během tohoto procesu se produkují dvě molekuly ATP. Během glykolózy se také získají dvě molekuly nikotinamidadenindinukleotidu (NADH), které se použijí v elektronovém transportním systému.
Krebsův cyklus
V Krebsově cyklu se k tvorbě NADH používají dvě molekuly kyseliny pyrohroznové produkované během glykolózy. K tomu dochází, když se k NAD přidá vodík. Během Krebsova cyklu se také produkují dvě molekuly ATP.
Atomy uhlíku uvolněné v tomto procesu se spojí s kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého. Po dokončení cyklu se uvolní šest molekul oxidu uhličitého. Těchto šest molekul odpovídá šesti atomům uhlíku v glukóze, které byly původně použity při glykolóze.
Elektronový transportní systém
Cytochromy (buněčné pigmenty) a koenzymy v mitochondriích tvoří elektronový transportní systém.
Elektrony odebrané z NAD jsou transportovány přes tyto nosné a přenosové molekuly. V určitých bodech systému jsou protony ve formě atomů vodíku z NADH transportovány přes membránu a uvolňovány do vnější oblasti mitochondrií. Kyslík je posledním akceptorem elektronů v řetězci. Když přijme elektron, kyslík se spojí s uvolněným vodíkem a vytvoří vodu.