Fotosyntese og cellulær respirationscyklus bruges til at producere brugbar energi til planter og andre organismer. Disse processer forekommer på molekylært niveau inde i organismernes celler. På denne skala sættes energiholdige molekyler gennem metaboliske processer, der giver energi, der kan bruges med det samme. En sådan energikilde produceres i fotosyntese; en anden opbevares som et batteri som ved cellulær respiration.
Fotosyntese metabolisme
Planter modtager lysenergi gennem små porer på deres blade kaldet stomata og omdanner den i organellerne kaldet kloroplaster, der er placeret i plantecellerne i bladene og grønne stængler. Organeller er specialiserede dele af en celle, der fungerer på en organlignende måde. Energien bruges i denne proces til at omdanne kuldioxid og vand til kulhydrater såsom glukose og molekylært ilt.
Fotosyntese er en todelt metabolisk proces. De to dele af fotosyntesens biokemiske vej er den energi-fikserende reaktion og den kulstof-fikserende reaktion. Den første producerer adenosintriphosphat (ATP) og nikotinamid-adenindinucleaotidphosphathydrogen (NADPH) molekyler. Begge molekyler indeholder energi og bruges i den kulstofbindende reaktion til dannelse af glukose.
Energifiksende reaktion
I energisikringsreaktionen af fotosyntese ledes elektroner gennem coenzymer og molekyler, hvor de frigiver deres energi. De fleste elektroner føres langs kæden, men noget af denne energi bruges til at flytte protoner i form af brint hen over thylakoidmembranen inde i chloroplasten. Den tilbageholdte energi bruges derefter til at syntetisere ATP og NADPH.
Carbon-Fixing Reaktion
Under den kulstofbindende reaktion bruges energien i ATP og NADPH produceret i den energi-fikserende reaktion til at omdanne kulhydrater til glukose og andet sukker og organiske stoffer. Dette sker gennem Calvin-cyklussen, opkaldt efter forskeren Melvin Calvin. Cyklussen bruger kuldioxid erhvervet fra atmosfæren. Brint fra NADPH, kulstof fra kuldioxid og ilt fra vand kombineres til dannelse af glukosemolekyler betegnet som C6H12O6.
Cellulær respiration
Organismer bruger cellulær respiration til at omdanne kulhydrater til energi, og denne proces forekommer i celleens cytoplasma. Energien frigivet fra kulhydrater lagres i ATP-molekyler. Disse molekyler dannes ved hjælp af den energi, der opnås fra kulhydrater, til at kombinere adenosindiphosphat (ADP) molekyler og phosphationer. Celler bruger derefter denne lagrede energi til forskellige energiafhængige processer.
Vand og kuldioxid produceres også under cellulær respiration. Processen, der giver disse tre produkter, består af fire dele: glykolose, Krebs-cyklussen, elektrontransportsystemet og kemiosmose.
Glykolose: Nedbrydning af glukose
Under glykolose opdeles glukose i to pyruvinsyremolekyler. Der produceres to ATP-molekyler under denne proces. To nicotinamid-adenindinukleotid- (NADH) -molekyler, der vil blive anvendt i elektrontransportsystemet, fås også under glykolose.
Krebs-cyklussen
I Krebs-cyklussen anvendes to molekyler af pyruvinsyre produceret under glycolose til dannelse af NADH. Dette sker, når der tilsættes brint til NAD. Der produceres også to ATP-molekyler under Krebs-cyklussen.
Kulstofatomer frigivet i processen kombineres med ilt til dannelse af kuldioxid. Seks kuldioxidmolekyler frigives, når cyklussen er afsluttet. Disse seks molekyler svarer til de seks kulstofatomer i glucose, der oprindeligt blev brugt til glykolose.
Elektrontransportsystem
Cytokromer (cellepigmenter) og coenzymer i mitokondrier danner elektrontransportsystemet.
Elektroner taget fra NAD transporteres gennem disse bærer- og overføringsmolekyler. På visse punkter under systemet transporteres protoner i form af hydrogenatomer fra NADH over en membran og frigives i det ydre område af mitokondrierne. Oxygen er den sidste elektronacceptor i kæden. Når den modtager en elektron, binder ilt sig til det frigivne brint til dannelse af vand.