Photosynthese und Zellatmung sind fast chemische Spiegelbilder voneinander. Als die Erde viel weniger Sauerstoff in der Luft hatte, verwendeten photosynthetische Organismen Kohlendioxid und produzierten Sauerstoff als Nebenprodukt. Heute nutzen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien diesen ähnlichen Prozess der Photosynthese. Alle anderen Organismen, einschließlich der Tiere, haben sich entwickelt, um eine Form der Zellatmung zu nutzen.
Sowohl die Photosynthese als auch die Zellatmung nutzen die Energie aus fließenden Elektronen umfassend, um die Synthese eines Produkts voranzutreiben. Bei der Photosynthese ist das Hauptprodukt Glucose, während es bei der Zellatmung ATP (Adenosintriphosphat).
Organellen
Es gibt einen großen Unterschied zwischen der Atmung innerhalb eukaryontischer und prokaryontischer Organismen. Pflanzen und Tiere sind beide eukaryotisch, weil sie komplexe Organellen innerhalb der Zelle haben. Pflanzen zum Beispiel nutzen die Photosynthese an der Thylakoidmembran innerhalb eines Chloroplasten.
Eukaryoten, die die Zellatmung verwenden, haben Organellen namens Mitochondrien, die so etwas wie das Kraftwerk der Zelle sind. Prokaryonten können entweder Photosynthese oder Zellatmung verwenden, aber da ihnen komplexe Organellen fehlen, produzieren sie auf einfachere Weise Energie. Dieser Artikel geht von der Existenz solcher Organellen aus, da einige Prokaryonten nicht einmal die Elektronentransportkette nutzen. Das heißt, Sie können davon ausgehen, dass sich diese Diskussion auf eukaryotische Zellen bezieht (d. h. auf die von Pflanzen, Tieren und Pilzen).
Die Elektronentransportkette
Bei der Photosynthese steht die Elektronentransportkette am Anfang des Prozesses, bei der Zellatmung jedoch am Ende des Prozesses. Die beiden sind jedoch nicht völlig analog. Schließlich ist das Aufbrechen einer Verbindung nicht gleichbedeutend mit dem Galvanisieren der Herstellung einer Verbindung.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass photosynthetische Organismen versuchen, Glukose als Nahrungsquelle zu bilden, während Organismen, die die Zellatmung nutzen, spalten Glukose in ATP auf, das der Hauptenergieträger der Zelle.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Photosynthese und Zellatmung in Pflanzenzellen stattfinden. Oft wird die Photosynthese mit einer "Version" der Zellatmung verwechselt, die bei anderen Eukaryoten auftritt, aber dies ist nicht der Fall.
Photosynthese vs. Zellatmung
Die Photosynthese nutzt die aus Licht gewonnene Energie, um freie Elektronen aus den Chlorophyllpigmenten, die das Licht sammeln, freizugeben. Chlorophyllmoleküle verfügen nicht über einen unendlichen Elektronenvorrat, daher gewinnen sie das verlorene Elektron aus einem Wassermolekül zurück. Zurück bleiben Elektronen und Wasserstoffionen (elektrisch geladene Wasserstoffteilchen). Als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff, der in die Atmosphäre abgegeben wird.
Bei der Zellatmung erfolgt die Elektronentransportkette, nachdem Glukose bereits abgebaut wurde. Acht Moleküle NADPH und zwei Moleküle FADH2 bleiben übrig. Diese Moleküle sollen Elektronen und Wasserstoffionen an die Elektronentransportkette abgeben. Die Bewegung von Elektronen galvanisiert Wasserstoffionen durch die Membran des Mitochondriums.
Da sich dabei auf der einen Seite eine Ansammlung von Wasserstoffionen bildet, werden diese gezwungen, ins Innere des Mitochondriums zurückzukehren, was die Synthese von ATP anregt. Ganz am Ende des Prozesses werden Elektronen von Sauerstoff aufgenommen, der sich dann an die Wasserstoffionen bindet, um Wasser zu erzeugen.
Zellatmung in umgekehrter Richtung
Der letzte Schritt der Zellatmung spiegelt den Beginn der Photosynthese wider, die Wasser auseinanderzieht und Elektronen, Sauerstoff und Wasserstoffionen produziert. Mit diesem Wissen können Sie möglicherweise auch vorhersagen, dass die Photosynthese die Bewegung von Wasserstoffionen durch die Thylakoidmembran beinhaltet, um die Produktion von ATP zu galvanisieren. Elektronen werden dann von NADPH akzeptiert (aber nicht von FADH2 bei der Photosynthese). Diese Verbindungen treten in einen umgekehrten Prozess ein, der dem der Zellatmung ähnelt, sodass sie Glukose zur Energienutzung innerhalb der Zelle synthetisieren können.