Le cycle de la photosynthèse et de la respiration cellulaire est utilisé pour produire de l'énergie utilisable pour les plantes et autres organismes. Ces processus se produisent au niveau moléculaire à l'intérieur des cellules des organismes. À cette échelle, les molécules contenant de l'énergie sont soumises à des processus métaboliques qui produisent de l'énergie qui peut être utilisée immédiatement. Une telle source d'énergie est produite dans la photosynthèse; une autre est stockée comme une batterie comme dans la respiration cellulaire.
Métabolisme de la photosynthèse
Les plantes reçoivent de l'énergie lumineuse à travers de petits pores sur leurs feuilles appelés stomates et la convertissent en organites appelés chloroplastes, situés dans les cellules végétales des feuilles et des tiges vertes. Les organites sont des parties spécialisées d'une cellule qui fonctionnent à la manière d'un organe. L'énergie est utilisée dans ce processus pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucides tels que le glucose et l'oxygène moléculaire.
La photosynthèse est un processus métabolique en deux parties. Les deux parties de la voie biochimique de la photosynthèse sont la réaction de fixation d'énergie et la réaction de fixation du carbone. Le premier produit des molécules d'adénosine triphosphate (ATP) et de nicotinamide adénine dinucléaotide phosphate hydrogène (NADPH). Les deux molécules contiennent de l'énergie et sont utilisées dans la réaction de fixation du carbone pour former du glucose.
Réaction de fixation d'énergie
Dans la réaction de fixation d'énergie de la photosynthèse, les électrons passent à travers des coenzymes et des molécules où ils libèrent leur énergie. La plupart des électrons passent le long de la chaîne, mais une partie de cette énergie est utilisée pour déplacer des protons sous forme d'hydrogène à travers la membrane thylakoïde à l'intérieur du chloroplaste. L'énergie retenue est ensuite utilisée pour synthétiser l'ATP et le NADPH.
Réaction de fixation du carbone
Au cours de la réaction de fixation du carbone, l'énergie de l'ATP et du NADPH produite dans la réaction de fixation de l'énergie est utilisée pour convertir les glucides en glucose et autres sucres et substances organiques. Cela se produit tout au long du cycle de Calvin, du nom du chercheur Melvin Calvin. Le cycle utilise le dioxyde de carbone acquis de l'atmosphère. L'hydrogène du NADPH, le carbone du dioxyde de carbone et l'oxygène de l'eau se combinent pour former les molécules de glucose notées C6H12O6.
Respiration cellulaire
Les organismes utilisent la respiration cellulaire pour convertir les glucides en énergie, et ce processus se produit dans le cytoplasme de la cellule. L'énergie libérée par les glucides est stockée dans des molécules d'ATP. Ces molécules sont formées en utilisant l'énergie obtenue à partir des glucides pour combiner des molécules d'adénosine diphosphate (ADP) et des ions phosphate. Les cellules utilisent ensuite cette énergie stockée pour divers processus dépendants de l'énergie.
L'eau et le dioxyde de carbone sont également produits pendant la respiration cellulaire. Le processus qui donne ces trois produits est composé de quatre parties: la glycolose, le cycle de Krebs, le système de transport d'électrons et la chimiosmose.
Glycolose: décomposer le glucose
Au cours de la glycolose, le glucose est décomposé en deux molécules d'acide pyruvique. Deux molécules d'ATP sont produites au cours de ce processus. Deux molécules de nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) qui seront utilisées dans le système de transport d'électrons sont également produites au cours de la glycolose.
Le cycle de Krebs
Dans le cycle de Krebs, deux molécules d'acide pyruvique produites au cours de la glycolose sont utilisées pour former le NADH. Cela se produit lorsque de l'hydrogène est ajouté au NAD. Deux molécules d'ATP sont également produites au cours du cycle de Krebs.
Les atomes de carbone libérés dans le processus se combinent avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. Six molécules de dioxyde de carbone sont libérées lorsque le cycle est terminé. Ces six molécules correspondent aux six atomes de carbone du glucose initialement utilisés dans la glycolose.
Système de transport d'électrons
Les cytochromes (pigments cellulaires) et les coenzymes dans les mitochondries forment le système de transport des électrons.
Les électrons extraits du NAD sont transportés à travers ces molécules porteuses et de transfert. À certains moments du système, des protons sous forme d'atomes d'hydrogène provenant de NADH sont transportés à travers une membrane et libérés dans la zone externe des mitochondries. L'oxygène est le dernier accepteur d'électrons de la chaîne. Lorsqu'il reçoit un électron, l'oxygène se lie à l'hydrogène libéré pour former de l'eau.