Fotosüntees vs. Rakuline hingamine elektronivoolus

Fotosüntees ja rakuline hingamine on üksteise peaaegu keemilised peegelpildid. Kui Maal oli õhus palju vähem hapnikku, kasutasid fotosünteetilised organismid süsinikdioksiidi ja tootsid kõrvalproduktina hapnikku. Tänapäeval kasutavad taimed, vetikad ja tsüanobakterid seda sarnast fotosünteesi protsessi. Kõik muud organismid, sealhulgas loomad, on arenenud rakuhingamise mingis vormis kasutamiseks.

Nii fotosüntees kui rakuline hingamine kasutavad toote sünteesi juhtimiseks laialdaselt voolavate elektronide energia kasutamist. Fotosünteesis on peamine toode glükoos, kusjuures rakuhingamisel on ATP (adenosiinitrifosfaat).

Eukarüootsetes ja prokarüootsetes organismides on hingamisel suur erinevus. Taimed ja loomad on mõlemad eukarüootsed, kuna neil on rakus keerukad organellid. Näiteks kasutavad taimed fotosünteesi tülakoidi membraanis a kloroplast.

Rakuhingamist kasutavatel eukarüootidel on organellid mitokondrid, mis on umbes nagu raku elektrijaam. Prokarüootid võivad kasutada kas fotosünteesi või rakuhingamist, kuid kuna neil puuduvad keerukad organellid, toodavad nad energiat lihtsamatel viisidel. Selles artiklis eeldatakse selliste organellide olemasolu, kuna mõned prokarüootid ei kasuta isegi elektronide transpordi ahelat. See tähendab, et võite arvata, et see arutelu on seotud eukarüootsete rakkudega (st taimede, loomade ja seente rakkudega).

Fotosünteesis toimub elektronide transpordiahel protsessi alguses, kuid see toimub rakuhingamise käigus protsessi lõpus. Need kaks pole siiski täiesti analoogsed. Lõppude lõpuks ei ole ühendi lagundamine sama mis ühendi tootmise tsingimine.

Oluline on meeles pidada, et fotosünteesivad organismid üritavad toiduallikana esile kutsuda glükoosi rakulist hingamist kasutavad organismid lagundavad glükoosi ATP-ks, mis on organismi peamine energiakandja kamber.

Oluline on meeles pidada, et taimerakkudes toimub fotosüntees ja rakuline hingamine. Sageli eksitatakse fotosünteesi rakuhingamise "versioonina" kui teistes eukarüootides, kuid see pole nii.

Fotosüntees kasutab valgust saadud energiat valgust koguvate klorofüllipigmentide elektronide vabastamiseks. Klorofüllmolekulidel puudub lõpmatu elektronivarustus, mistõttu nad saavad kadunud elektroni tagasi veemolekulist. Alles jäävad elektronid ja vesinikuioonid (vesiniku elektriliselt laetud osakesed). Hapnik tekib kõrvalsaadusena, mistõttu väljutatakse see atmosfääri.

Rakuhingamise korral toimub elektronide transpordiahel pärast glükoosi lagundamist. Kaheksa molekuli NADPH ja kaks molekuli FADH₂ jäävad. Need molekulid on ette nähtud elektronide ja vesinikioonide annetamiseks elektronide transpordiahelale. Elektronide liikumine galvaniseerib vesinikioone üle mitokondri membraani.

Kuna see moodustab ühel küljel vesinikioonide kontsentratsiooni, on nad sunnitud liikuma tagasi mitokondri sisemusse, mis galvaniseerib ATP sünteesi. Protsessi kõige lõpus aktsepteerivad elektronid hapnikku, mis seondub seejärel vesiniku ioonidega, et toota vett.

Rakulise hingamise viimane etapp peegeldab fotosünteesi algust, mis tõmbab vett lahku ja toodab elektrone, hapnikku ja vesiniku ioone. Neid teadmisi kasutades võite ka prognoosida, et fotosüntees hõlmab vesinikioonide liikumist läbi tülakoidmembraani, et ATP tootmist tsinkida. NADPH aktsepteerib elektrone (kuid mitte FADH₂ fotosünteesis). Need ühendid sisenevad sellisesse protsessi nagu raku hingamine vastupidises suunas, et nad saaksid rakus energia tarbimiseks sünteesida glükoosi.