Hvordan er cellulær respiration og fotosyntese næsten modsatte processer?

Celleånding og fotosyntese er i det væsentlige modsatte processer. Fotosyntese er den proces, hvorved organismer fremstiller højenergiforbindelser - især sukkerglukosen - gennem den kemiske "reduktion" af kuldioxid (CO₂). Cellular respiration involverer på den anden side nedbrydning af glukose og andre forbindelser gennem kemisk "oxidation". Fotosyntese bruger CO₂ og producerer ilt. Cellular respiration forbruger ilt og producerer CO₂.

I fotosyntese omdannes energi fra lys til kemisk energi af bindinger mellem atomer, som driver processer i celler. Fotosyntese opstod i organismer for 3,5 milliarder år siden, har udviklet komplekse biokemiske og biofysiske mekanismer og forekommer i dag i planter og encellede organismer. Det er på grund af fotosyntese, at jordens atmosfære og have indeholder ilt.

I fotosyntese, CO₂ og sollys bruges til at producere glukose (sukker) og molekylært ilt (O₂). Denne reaktion finder sted gennem flere trin i to faser: den lette fase og den mørke fase.

I lysfasen frembringer energi fra lys reaktioner, der splitter vand for at frigive ilt. I processen dannes højenergimolekyler, ATP og NADPH. De kemiske bindinger i disse forbindelser lagrer energien. Ilt er et biprodukt, og denne fase af fotosyntese er det modsatte af oxidativ phosporylering af den cellulære respirationsproces, der diskuteres nedenfor, hvor ilt forbruges.

Den mørke fase af fotosyntese er også kendt som Calvin Cycle. I denne fase, der bruger produkterne fra lysfasen, CO₂ bruges til at fremstille sukker, glukose.

Cellular respiration er den biokemiske nedbrydning af et substrat gennem oxidation, hvor elektroner er overført fra substratet til en "elektronacceptor", som kan være en hvilken som helst af en række forbindelser eller oxygen atomer. Hvis substratet er en kulstof- og iltholdig forbindelse, såsom glukose, kuldioxid (CO₂) produceres gennem glykolyse, nedbrydningen af ​​glukose.

Glykolyse, som finder sted i en celles cytoplasma, nedbryder glukose til pyruvat, en mere "oxideret" forbindelse. Hvis der er tilstrækkeligt med ilt, bevæger pyruvat sig ind i specialiserede organeller kaldet mitokondrier. Der er det opdelt i acetat og CO₂. CO₂ frigives. Acetatet kommer ind i et reaktionssystem kendt som Krebs Cycle.

I Krebs-cyklussen nedbrydes acetat yderligere, så dets resterende kulstofatomer frigives som CO₂. Dette er det modsatte af et aspekt af fotosyntese, bindingen af ​​carbonatomer fra CO₂ sammen for at lave sukker. Ud over CO₂, Krebs-cyklussen og glykolyse bruger energi fra de kemiske bindinger af substrater (såsom glukose) til dannelse af højenergiforbindelser såsom ATP og GTP, som bruges af cellesystemer. Der produceres også højenergi, reducerede forbindelser: NADH og FADH2. Disse forbindelser er det middel, hvormed elektroner, som oprindeligt holder den energi, der stammer fra glukose eller en anden fødevareforbindelse, overføres til den næste proces, kaldet elektrontransport kæde.

I elektrontransportkæden, som i dyreceller hovedsageligt er placeret på mitokondriers indre membraner, reducerede produkter såsom NADH og FADH2 bruges til at skabe en protongradient - en ubalance i koncentrationen af ​​ikke-parrede brintatomer på den ene side af membran vs. den anden. Protongradienten driver igen produktionen af ​​mere ATP i en proces kaldet oxidativ fosforylering.

Samlet set involverer fotosyntese energiforbrug af elektroner med lysenergi for at reducere (tilføj elektroner til) CO2 for at opbygge en større forbindelse (glukose), der producerer ilt som et biprodukt. Cellular respiration involverer derimod at tage elektroner væk fra et substrat (f.eks. Glucose), som skal siger oxidation, og undervejs nedbrydes substratet, så dets carbonatomer frigøres som CO2, mens ilt er forbrugt. Således er fotosyntese og cellulær respiration næsten modsatte biokemiske processer.