Comment la respiration cellulaire et la photosynthèse sont-elles des processus presque opposés ?

La respiration cellulaire et la photosynthèse sont des processus essentiellement opposés. La photosynthèse est le processus par lequel les organismes fabriquent des composés à haute énergie - le sucre glucose en particulier - grâce à la "réduction" chimique du dioxyde de carbone (CO₂). La respiration cellulaire, quant à elle, implique la dégradation du glucose et d'autres composés par "oxydation" chimique. La photosynthèse consomme du CO₂ et produit de l'oxygène. La respiration cellulaire consomme de l'oxygène et produit du CO₂.

Dans la photosynthèse, l'énergie de la lumière est convertie en énergie chimique des liaisons entre les atomes qui alimentent les processus au sein des cellules. La photosynthèse est apparue dans les organismes il y a 3,5 milliards d'années, a développé des mécanismes biochimiques et biophysiques complexes et se produit aujourd'hui dans les plantes et les organismes unicellulaires. C'est à cause de la photosynthèse que l'atmosphère terrestre et les mers contiennent de l'oxygène.

Dans la photosynthèse, le CO₂ et la lumière du soleil sont utilisées pour produire du glucose (sucre) et de l'oxygène moléculaire (O₂). Cette réaction se déroule en plusieurs étapes en deux étapes: la phase claire et la phase sombre.

Dans la phase lumineuse, l'énergie de la lumière alimente des réactions qui divisent l'eau pour libérer de l'oxygène. Dans le processus, des molécules à haute énergie, ATP et NADPH, sont formées. Les liaisons chimiques de ces composés stockent l'énergie. L'oxygène est un sous-produit, et cette phase de la photosynthèse est l'opposé de la phosphorylation oxydative du processus de respiration cellulaire, discuté ci-dessous, dans lequel l'oxygène est consommé.

La phase sombre de la photosynthèse est également connue sous le nom de cycle de Calvin. Dans cette phase, qui utilise les produits de la phase légère, le CO₂ est utilisé pour fabriquer le sucre, le glucose.

La respiration cellulaire est la décomposition biochimique d'un substrat par oxydation, dans laquelle les électrons sont transféré du substrat à un "accepteur d'électrons", qui peut être n'importe lequel d'une variété de composés, ou de l'oxygène atomes. Si le substrat est un composé contenant du carbone et de l'oxygène, tel que le glucose, le dioxyde de carbone (CO₂) est produit par la glycolyse, la dégradation du glucose.

La glycolyse, qui a lieu dans le cytoplasme d'une cellule, décompose le glucose en pyruvate, un composé plus « oxydé ». S'il y a suffisamment d'oxygène, le pyruvate se déplace dans des organites spécialisés appelés mitochondries. Là, il est décomposé en acétate et CO₂. Le CO₂ est libérée. L'acétate entre dans un système réactionnel connu sous le nom de cycle de Krebs.

Dans le cycle de Krebs, l'acétate est décomposé davantage de sorte que ses atomes de carbone restants sont libérés sous forme de CO₂. Ceci est à l'opposé d'un aspect de la photosynthèse, la liaison des carbones du CO₂ ensemble pour faire du sucre. En plus du CO₂, le cycle de Krebs et la glycolyse utilisent l'énergie des liaisons chimiques de substrats (tels que le glucose) pour former des composés à haute énergie tels que l'ATP et le GTP, qui sont utilisés par les systèmes cellulaires. Sont également produits des composés réduits à haute énergie: NADH et FADH2. Ces composés sont les moyens par lesquels les électrons, qui détiennent l'énergie dérivée initialement de glucose ou un autre composé alimentaire, sont transférés au processus suivant, appelé le transport d'électrons chaîne.

Dans la chaîne de transport d'électrons, qui dans les cellules animales se situe principalement sur les membranes internes des mitochondries, des produits réduits tels que NADH et FADH2 sont utilisés pour créer un gradient de protons - un déséquilibre dans la concentration d'atomes d'hydrogène non appariés d'un côté de la membrane vs. L'autre. Le gradient de protons, à son tour, entraîne la production de plus d'ATP, dans un processus appelé phosphorylation oxydative.

Dans l'ensemble, la photosynthèse implique l'activation d'électrons par l'énergie lumineuse pour réduire (ajouter des électrons au) CO2 pour construire un composé plus gros (glucose), produisant de l'oxygène comme sous-produit. La respiration cellulaire, quant à elle, consiste à prélever des électrons sur un substrat (le glucose par exemple), ce qui disons l'oxydation, et dans le processus, le substrat est dégradé de sorte que ses atomes de carbone sont libérés sous forme de CO2, tandis que l'oxygène est consommé. Ainsi, la photosynthèse et la respiration cellulaire sont des processus biochimiques presque opposés.