Die Stoffwechselwege der Photosynthese und Zellatmung

Der Photosynthese- und Zellatmungszyklus wird genutzt, um nutzbare Energie für Pflanzen und andere Organismen zu erzeugen. Diese Prozesse laufen auf molekularer Ebene in den Zellen von Organismen ab. In dieser Größenordnung werden energiehaltige Moleküle Stoffwechselvorgänge durchlaufen, die sofort nutzbare Energie liefern. Eine solche Energiequelle wird bei der Photosynthese erzeugt; ein anderer wird wie bei der Zellatmung wie eine Batterie gespeichert.

Pflanzen erhalten Lichtenergie durch kleine Poren auf ihren Blättern, die als Spaltöffnungen bezeichnet werden, und wandeln sie in die Organellen, die Chloroplasten genannt werden, um, die sich in den Pflanzenzellen in den Blättern und grünen Stängeln befinden. Organellen sind spezialisierte Teile einer Zelle, die organisch funktionieren. Die Energie wird dabei genutzt, um Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate wie Glukose und molekularen Sauerstoff umzuwandeln.

Die Photosynthese ist ein zweiteiliger Stoffwechselprozess. Die zwei Teile des biochemischen Weges der Photosynthese sind die Energiefixierungsreaktion und die Kohlenstofffixierungsreaktion. Die erste produziert Adenosintriphosphat (ATP) und Nicotinamid-Adenin-Dinukleaotid-Phosphat-Wasserstoff (NADPH) Moleküle. Beide Moleküle enthalten Energie und werden bei der Kohlenstoffbindungsreaktion zur Bildung von Glukose verwendet.

Bei der energiefixierenden Reaktion der Photosynthese werden Elektronen durch Coenzyme und Moleküle geleitet, wo sie ihre Energie freisetzen. Die meisten Elektronen werden entlang der Kette geleitet, aber ein Teil dieser Energie wird verwendet, um Protonen in Form von Wasserstoff durch die Thylakoidmembran im Chloroplasten zu bewegen. Die zurückgehaltene Energie wird dann verwendet, um ATP und NADPH zu synthetisieren.

Während der kohlenstofffixierenden Reaktion wird die Energie in ATP und NADPH, die bei der energiefixierenden Reaktion produziert wird, verwendet, um Kohlenhydrate in Glukose und andere Zucker und organische Substanzen umzuwandeln. Dies geschieht durch den Calvin-Zyklus, benannt nach dem Forscher Melvin Calvin. Der Kreislauf verwendet Kohlendioxid, das aus der Atmosphäre gewonnen wird. Wasserstoff aus NADPH, Kohlenstoff aus Kohlendioxid und Sauerstoff aus Wasser verbinden sich zu den Glucosemolekülen, die als C. bezeichnet werden₆H₁₂Ö₆.

Organismen nutzen die Zellatmung, um Kohlenhydrate in Energie umzuwandeln, und dieser Prozess findet im Zytoplasma der Zelle statt. Die aus Kohlenhydraten freigesetzte Energie wird in ATP-Molekülen gespeichert. Diese Moleküle werden unter Verwendung der aus Kohlenhydraten gewonnenen Energie gebildet, um Adenosindiphosphat (ADP)-Moleküle und Phosphationen zu kombinieren. Diese gespeicherte Energie nutzen Zellen dann für verschiedene energieabhängige Prozesse.

Bei der Zellatmung entstehen auch Wasser und Kohlendioxid. Der Prozess, der diese drei Produkte hervorbringt, besteht aus vier Teilen: Glykolose, dem Krebs-Zyklus, dem Elektronentransportsystem und der Chemiosmose.

Bei der Glykolose wird Glukose in zwei Brenztraubensäuremoleküle zerlegt. Dabei entstehen zwei ATP-Moleküle. Während der Glykolose werden auch zwei Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NADH)-Moleküle freigesetzt, die im Elektronentransportsystem verwendet werden.

Im Krebs-Zyklus werden zwei Moleküle Brenztraubensäure, die während der Glykolose produziert werden, verwendet, um NADH zu bilden. Dies geschieht, wenn Wasserstoff zu NAD hinzugefügt wird. Während des Krebs-Zyklus werden auch zwei ATP-Moleküle produziert.

Dabei freigesetzte Kohlenstoffatome verbinden sich mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Am Ende des Zyklus werden sechs Kohlendioxidmoleküle freigesetzt. Diese sechs Moleküle entsprechen den sechs Kohlenstoffatomen in Glukose, die ursprünglich bei der Glykolose verwendet wurden.

Cytochrome (Zellpigmente) und Coenzyme in den Mitochondrien bilden das Elektronentransportsystem.

Durch diese Träger- und Transfermoleküle werden Elektronen aus NAD transportiert. An bestimmten Stellen des Systems werden Protonen in Form von Wasserstoffatomen aus NADH über eine Membran transportiert und in den äußeren Bereich der Mitochondrien abgegeben. Sauerstoff ist der letzte Elektronenakzeptor in der Kette. Wenn es ein Elektron aufnimmt, verbindet sich Sauerstoff mit dem freigesetzten Wasserstoff zu Wasser.