Zellatmung und Photosynthese sind im Wesentlichen gegensätzliche Prozesse. Photosynthese ist der Prozess, bei dem Organismen durch chemische "Reduktion" von Kohlendioxid (CO2). Andererseits beinhaltet die Zellatmung den Abbau von Glucose und anderen Verbindungen durch chemische "Oxidation". Photosynthese verbraucht CO2 und produziert Sauerstoff. Zellatmung verbraucht Sauerstoff und produziert CO2.
Photosynthese
Bei der Photosynthese wird Energie aus Licht in chemische Energie von Bindungen zwischen Atomen umgewandelt, die Prozesse in Zellen antreiben. Die Photosynthese entstand vor 3,5 Milliarden Jahren in Organismen, hat komplexe biochemische und biophysikalische Mechanismen entwickelt und kommt heute in Pflanzen und einzelligen Organismen vor. Aufgrund der Photosynthese enthalten die Atmosphäre und die Meere der Erde Sauerstoff.
Wie die Photosynthese funktioniert
Bei der Photosynthese ist CO2 und Sonnenlicht werden verwendet, um Glukose (Zucker) und molekularen Sauerstoff (O2). Diese Reaktion verläuft in mehreren Schritten in zwei Stufen: der hellen Phase und der dunklen Phase.
In der Lichtphase treibt die Energie des Lichts Reaktionen an, die Wasser spalten, um Sauerstoff freizusetzen. Dabei entstehen energiereiche Moleküle, ATP und NADPH. Die chemischen Bindungen in diesen Verbindungen speichern die Energie. Sauerstoff ist ein Nebenprodukt, und diese Phase der Photosynthese ist das Gegenteil der weiter unten diskutierten oxidativen Phosphorylierung des Zellatmungsprozesses, bei der Sauerstoff verbraucht wird.
Die Dunkelphase der Photosynthese wird auch als Calvin-Zyklus bezeichnet. In dieser Phase, die die Produkte der leichten Phase nutzt, wird CO2 wird verwendet, um den Zucker, Glukose, herzustellen.
Zellatmung
Zellatmung ist der biochemische Abbau eines Substrats durch Oxidation, wobei Elektronen vom Substrat auf einen "Elektronenakzeptor" übertragen, der eine Vielzahl von Verbindungen sein kann, oder Sauerstoff Atome. Handelt es sich bei dem Substrat um eine kohlenstoff- und sauerstoffhaltige Verbindung wie Glucose, kann Kohlendioxid (CO2) entsteht durch Glykolyse, den Abbau von Glukose.
Die Glykolyse, die im Zytoplasma einer Zelle stattfindet, spaltet Glukose zu Pyruvat, einer stärker "oxidierten" Verbindung. Wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist, wandert Pyruvat in spezialisierte Organellen, die Mitochondrien genannt werden. Dort wird es in Acetat und CO. zerlegt2. Das CO2 es ist veröffentlicht worden. Das Acetat tritt in ein Reaktionssystem ein, das als Krebs-Zyklus bekannt ist.
Der Krebs-Zyklus
Im Krebs-Zyklus wird Acetat weiter abgebaut, sodass seine restlichen Kohlenstoffatome als CO. freigesetzt werden2. Dies steht im Gegensatz zu einem Aspekt der Photosynthese, der Bindung von Kohlenstoffen aus CO .2 zusammen, um Zucker herzustellen. Neben CO2, der Krebs-Zyklus und die Glykolyse verwenden Energie aus den chemischen Bindungen von Substraten (wie Glukose), um hochenergetische Verbindungen wie ATP und GTP zu bilden, die von Zellsystemen verwendet werden. Außerdem werden energiereiche, reduzierte Verbindungen hergestellt: NADH und FADH2. Diese Verbindungen sind das Mittel, mit dem Elektronen, die die ursprünglich aus Glukose oder ein anderer Nahrungsbestandteil, werden an den nächsten Prozess, den sogenannten Elektronentransport, übergeben Kette.
Elektronentransportkette und oxidative Phosphorylierung
In der Elektronentransportkette, die sich in tierischen Zellen meist auf den inneren Membranen der Mitochondrien befindet, werden reduzierte Produkte wie NADH und FADH2 werden verwendet, um einen Protonengradienten zu erzeugen – ein Ungleichgewicht in der Konzentration ungepaarter Wasserstoffatome auf einer Seite des Membran vs. das andere. Der Protonengradient wiederum treibt die Produktion von mehr ATP in einem Prozess an, der als oxidative Phosphorylierung bezeichnet wird.
Zellatmung: Das Gegenteil von Photosynthese
Insgesamt beinhaltet die Photosynthese die Energetisierung von Elektronen durch Lichtenergie, um CO2 zu reduzieren (Elektronen hinzuzufügen), um eine größere Verbindung (Glukose) aufzubauen, die als Nebenprodukt Sauerstoff produziert. Bei der Zellatmung hingegen werden Elektronen von einem Substrat (z sagen wir Oxidation, und dabei wird das Substrat abgebaut, so dass seine Kohlenstoffatome als CO2 freigesetzt werden, während Sauerstoff oxygen verbraucht. Somit sind Photosynthese und Zellatmung nahezu gegensätzliche biochemische Prozesse.