Kuinka soluhengitys ja fotosynteesi ovat lähes vastakkaisia ​​prosesseja?

Soluhengitys ja fotosynteesi ovat olennaisesti vastakkaisia ​​prosesseja. Fotosynteesi on prosessi, jossa organismit valmistavat korkeaenergisiä yhdisteitä - erityisesti sokeriglukoosia - hiilidioksidin (CO₂). Soluhengitys puolestaan ​​sisältää glukoosin ja muiden yhdisteiden hajoamisen kemiallisen "hapetuksen" kautta. Fotosynteesi kuluttaa CO: ta₂ ja tuottaa happea. Soluhengitys kuluttaa happea ja tuottaa CO: ta₂.

Fotosynteesissä valon energia muuttuu solujen sisällä prosessoivien atomien välisten sidosten kemialliseksi energiaksi. Fotosynteesi syntyi organismeissa 3,5 miljardia vuotta sitten, on kehittänyt monimutkaisia ​​biokemiallisia ja biofysikaalisia mekanismeja, ja nykyään sitä esiintyy kasveissa ja yksisoluisissa organismeissa. Maapallon ilmakehä ja meret sisältävät fotosynteesin vuoksi happea.

Fotosynteesissä, CO₂ ja auringonvaloa käytetään tuottamaan glukoosia (sokeria) ja molekyylihappea (O₂). Tämä reaktio tapahtuu useiden vaiheiden läpi kahdessa vaiheessa: vaalea faasi ja tumma faasi.

Valovaiheessa valon energia antaa reaktioita, jotka hajottavat vettä hapen vapauttamiseksi. Prosessissa muodostuu suurenergisiä molekyylejä, ATP ja NADPH. Näiden yhdisteiden kemialliset sidokset varastoivat energiaa. Happi on sivutuote, ja tämä fotosynteesivaihe on vastakohta jäljempänä käsitellylle soluhengitysprosessin hapettavalle fosforylaatiolle, jossa happea kulutetaan.

Fotosynteesin pimeä vaihe tunnetaan myös nimellä Calvin Cycle. Tässä vaiheessa, jossa käytetään kevyen vaiheen tuotteita, CO₂ käytetään sokerin, glukoosin valmistamiseen.

Soluhengitys on substraatin biokemiallinen hajoaminen hapettumisen kautta, jolloin elektronit ovat siirretään substraatista "elektronin vastaanottajaan", joka voi olla mikä tahansa monista yhdisteistä tai happi atomien. Jos substraatti on hiiltä ja happea sisältävä yhdiste, kuten glukoosi, hiilidioksidi (CO₂) tuotetaan glykolyysillä eli glukoosin hajoamisella.

Glykolyysi, joka tapahtuu solun sytoplasmassa, hajottaa glukoosin pyruvaatiksi, "hapettuneemmaksi" yhdisteeksi. Jos riittävästi happea on läsnä, pyruvaatti siirtyy erikoistuneisiin organelleihin, joita kutsutaan mitokondriiksi. Siellä se hajotetaan asetaatiksi ja CO: ksi₂. CO₂ on ilmestynyt. Asetaatti tulee reaktiojärjestelmään, joka tunnetaan nimellä Krebs-sykli.

Krebsin syklissä asetaatti hajotetaan edelleen niin, että sen jäljellä olevat hiiliatomit vapautuvat CO: na₂. Tämä on vastoin fotosynteesin yhtä näkökohtaa, hiilen sitoutumista CO: sta₂ yhdessä sokerin valmistamiseksi. CO: n lisäksi₂, Krebsin sykli ja glykolyysi käyttävät substraattien (kuten glukoosin) kemiallisista sidoksista peräisin olevaa energiaa sellaisten korkeaenergisten yhdisteiden kuten ATP ja GTP muodostamiseksi, joita solujärjestelmät käyttävät. Tuotetaan myös korkeaenergisiä, pelkistettyjä yhdisteitä: NADH ja FADH2. Nämä yhdisteet ovat keino, jolla elektronit, jotka pitävät aluksi peräisin olevaa energiaa glukoosi tai muu elintarvikeyhdiste siirretään seuraavaan prosessiin, jota kutsutaan elektroninsiirroksi ketju.

Elektronikuljetusketjussa, joka eläinsoluissa sijaitsee enimmäkseen mitokondrioiden sisäkalvoissa, pelkistetyt tuotteet, kuten NADH: ta ja FADH2: ta käytetään protonigradientin luomiseen - parittomien vetyatomien pitoisuuden epätasapaino yhdellä puolella kalvo vs. toinen. Protonigradientti puolestaan ​​johtaa enemmän ATP: n tuotantoon prosessissa, jota kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi.

Kaiken kaikkiaan fotosynteesiin sisältyy elektronien energisoiminen valoenergialla vähentämään (lisäämään elektroneja) hiilidioksidia suuremman yhdisteen (glukoosin) muodostamiseksi, mikä tuottaa happea sivutuotteena. Soluhengitys puolestaan ​​sisältää elektronien poistamisen substraatista (esimerkiksi glukoosi), mikä tarkoittaa sanotaan hapetus, ja prosessissa substraatti hajoaa siten, että sen hiiliatomit vapautuvat CO2: na, kun taas happi kulutettu. Täten fotosynteesi ja soluhengitys ovat lähes vastakkaisia ​​biokemiallisia prosesseja.