Η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή είναι σχεδόν χημικές καθρέφτες μεταξύ τους. Όταν η Γη είχε πολύ λιγότερο οξυγόνο στον αέρα, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποίησαν διοξείδιο του άνθρακα και παρήγαγαν οξυγόνο ως παραπροϊόν. Σήμερα, τα φυτά, τα φύκια και τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν αυτήν την παρόμοια διαδικασία φωτοσύνθεσης. Όλοι οι άλλοι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ζώων, έχουν εξελιχθεί ώστε να χρησιμοποιούν κάποια μορφή κυτταρικής αναπνοής.
Τόσο η φωτοσύνθεση όσο και η κυτταρική αναπνοή κάνουν εκτεταμένη αξιοποίηση της ενέργειας από τα ηλεκτρόνια που ρέουν για να οδηγήσουν τη σύνθεση ενός προϊόντος. Στη φωτοσύνθεση το κύριο προϊόν είναι γλυκόζη, ενώ στην κυτταρική αναπνοή είναι ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη).
Organelles
Υπάρχει μια μεγάλη διαφορά μεταξύ της αναπνοής εντός ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών οργανισμών. Τα φυτά και τα ζώα είναι και τα δύο ευκαρυωτικά επειδή έχουν πολύπλοκα οργανίδια εντός του κυττάρου. Τα φυτά, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση στη μεμβράνη του θυλακοειδούς μέσα σε ένα χλωροπλάστης.
Οι ευκαρυώτες που χρησιμοποιούν την κυτταρική αναπνοή ονομάζονται οργανίδια μιτοχόνδρια, που μοιάζουν με τον σταθμό παραγωγής ενέργειας του κελιού. Τα προκαρυωτικά μπορεί να χρησιμοποιούν είτε φωτοσύνθεση είτε κυτταρική αναπνοή, αλλά επειδή δεν διαθέτουν πολύπλοκα οργανίδια, παράγουν ενέργεια με απλούστερους τρόπους. Αυτό το άρθρο προϋποθέτει την ύπαρξη τέτοιων οργανίων, δεδομένου ότι ορισμένα προκαρυωτικά δεν χρησιμοποιούν καν την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Δηλαδή, μπορείτε να υποθέσετε ότι αυτή η συζήτηση αφορά ευκαρυωτικά κύτταρα (δηλ. Αυτά φυτών, ζώων και μυκήτων).
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Στη φωτοσύνθεση, η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων εμφανίζεται στην αρχή της διαδικασίας, αλλά έρχεται στο τέλος της διαδικασίας στην κυτταρική αναπνοή. Ωστόσο, οι δύο δεν είναι απολύτως ανάλογοι. Σε τελική ανάλυση, η διάσπαση μιας ένωσης δεν είναι η ίδια με το γαλβανισμό της παραγωγής μιας ένωσης.
Το σημαντικό πράγμα που πρέπει να θυμάστε είναι ότι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί προσπαθούν να προωθήσουν τη γλυκόζη ως πηγή τροφής ενώ οργανισμοί που χρησιμοποιούν κυτταρική αναπνοή διαλύουν τη γλυκόζη σε ATP, η οποία είναι ο κύριος φορέας ενέργειας του κύτταρο.
Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή λαμβάνουν χώρα στα φυτικά κύτταρα. Συχνά, η φωτοσύνθεση είναι λανθασμένη ως «έκδοση» της κυτταρικής αναπνοής από ό, τι συμβαίνει σε άλλους ευκαρυωτικούς, αλλά αυτό δεν συμβαίνει.
Φωτοσύνθεση εναντίον Κυτταρική αναπνοή
Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί την ενέργεια που λαμβάνεται από το φως σε ελεύθερα ηλεκτρόνια από τις χρωστικές χλωροφύλλης που συλλέγουν το φως. Τα μόρια της χλωροφύλλης δεν έχουν απεριόριστη παροχή ηλεκτρονίων, έτσι ανακτούν το χαμένο ηλεκτρόνιο από ένα μόριο νερού. Αυτό που απομένει είναι ηλεκτρόνια και ιόντα υδρογόνου (ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια υδρογόνου). Το οξυγόνο δημιουργείται ως υποπροϊόν, γι 'αυτό εκδιώκεται στην ατμόσφαιρα.
Στην κυτταρική αναπνοή η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων εμφανίζεται αφού έχει ήδη διαλυθεί η γλυκόζη. Οκτώ μόρια NADPH και δύο μόρια του FADH2 παραμένει. Αυτά τα μόρια προορίζονται να δωρίσουν ηλεκτρόνια και ιόντα υδρογόνου στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η κίνηση των ηλεκτρονίων γαλβανίζει τα ιόντα υδρογόνου κατά μήκος της μεμβράνης του μιτοχονδρίου.
Επειδή αυτό σχηματίζει συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου από τη μία πλευρά, αναγκάζονται να επιστρέψουν στο εσωτερικό του μιτοχονδρίου, το οποίο γαλβανίζει τη σύνθεση του ATP. Στο τέλος της διαδικασίας, τα ηλεκτρόνια γίνονται αποδεκτά από οξυγόνο, το οποίο στη συνέχεια συνδέεται με τα ιόντα υδρογόνου για την παραγωγή νερού.
Κυτταρική αναπνοή στην αντίστροφη
Το τελευταίο βήμα στην κυτταρική αναπνοή αντικατοπτρίζει την αρχή της φωτοσύνθεσης, η οποία διαχωρίζει το νερό και παράγει ηλεκτρόνια, οξυγόνο και ιόντα υδρογόνου. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη γνώση, ενδέχεται επίσης να μπορείτε να προβλέψετε ότι η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει την κίνηση ιόντων υδρογόνου κατά μήκος της θυλακοειδούς μεμβράνης προκειμένου να γαλβανιστεί η παραγωγή ATP. Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια γίνονται αποδεκτά από το NADPH (αλλά όχι από το FADH2 στη φωτοσύνθεση). Αυτές οι ενώσεις εισέρχονται σε μια διαδικασία όπως αυτή της κυτταρικής αναπνοής αντίστροφα, έτσι ώστε να μπορούν να συνθέσουν γλυκόζη για χρήση ενέργειας εντός του κυττάρου.