Stanično disanje i fotosinteza u biti su suprotni procesi. Fotosinteza je postupak kojim organizmi stvaraju visokoenergetske spojeve - posebno šećer glukozu - kemijskim "smanjenjem" ugljičnog dioksida (CO2). Stanično disanje, s druge strane, uključuje razgradnju glukoze i drugih spojeva kemijskom "oksidacijom". Fotosinteza troši CO2 i proizvodi kisik. Stanično disanje troši kisik i stvara CO2.
Fotosinteza
U fotosintezi se energija svjetlosti pretvara u kemijsku energiju veza između atoma koje pokreću proces unutar stanica. Fotosinteza se pojavila u organizmima prije 3,5 milijarde godina, razvila je složene biokemijske i biofizičke mehanizme, a danas se javlja u biljkama i jednostaničnim organizmima. Zbog fotosinteze Zemljina atmosfera i mora sadrže kisik.
Kako djeluje fotosinteza
U fotosintezi CO2 a sunčeva svjetlost koristi se za proizvodnju glukoze (šećera) i molekularnog kisika (O2). Ova se reakcija odvija kroz nekoliko koraka u dvije faze: svjetlosna i tamna faza.
U svjetlosnoj fazi energija svjetlosti pokreće reakcije koje cijepaju vodu kako bi se oslobodio kisik. U tom procesu nastaju molekule visoke energije, ATP i NADPH. Kemijske veze u tim spojevima pohranjuju energiju. Kisik je nusprodukt, a ova je faza fotosinteze suprotna oksidacijskoj fosporilaciji staničnog procesa disanja, o kojoj se govori u nastavku, u kojoj se troši kisik.
Tamna faza fotosinteze poznata je i kao Calvinov ciklus. U ovoj fazi, koja koristi proizvode svjetlosne faze, CO2 koristi se za proizvodnju šećera, glukoze.
Stanično disanje
Stanično disanje je biokemijska razgradnja supstrata oksidacijom, pri čemu su elektroni prebačen iz supstrata u "akceptor elektrona", koji može biti bilo koji od različitih spojeva, ili kisik atoma. Ako je supstrat spoj koji sadrži ugljik i kisik, poput glukoze, ugljičnog dioksida (CO2) nastaje glikolizom, razgradnjom glukoze.
Glikoliza, koja se odvija u citoplazmi stanice, razgrađuje glukozu do piruvata, "oksidiranijeg" spoja. Ako je prisutno dovoljno kisika, piruvat prelazi u specijalizirane organele zvane mitohondrije. Tamo se razgrađuje na acetat i CO2. CO2 pušteno je. Acetat ulazi u reakcijski sustav poznat kao Krebsov ciklus.
Krebsov ciklus
U Krebsovom ciklusu acetat se dalje razgrađuje tako da se njegovi preostali atomi ugljika oslobađaju kao CO2. To je suprotno od jednog aspekta fotosinteze, vezanja ugljika iz CO2 zajedno da napravimo šećer. Pored CO2, Krebsov ciklus i glikoliza koriste energiju iz kemijskih veza supstrata (poput glukoze) za stvaranje visokoenergetskih spojeva kao što su ATP i GTP, koje koriste stanični sustavi. Također se proizvode visokoenergijski reducirani spojevi: NADH i FADH2. Ti su spojevi sredstvo kojim elektroni koji drže energiju koja je inicijalno proizvedena glukoza ili drugi prehrambeni spoj, prenose se u sljedeći proces, koji se naziva prijenos elektrona lanac.
Lanac transporta elektrona i oksidativna fosforilacija
U lancu transporta elektrona, koji se u životinjskim stanicama nalazi uglavnom na unutarnjim membranama mitohondrija, reducirani proizvodi poput NADH i FADH2 koriste se za stvaranje protonskog gradijenta - neravnoteže u koncentraciji nesparenih atoma vodika na jednoj strani membrana vs. drugi. Gradient protona zauzvrat potiče proizvodnju više ATP-a, u procesu koji se naziva oksidativna fosforilacija.
Stanično disanje: Suprotno od fotosinteze
Sveukupno, fotosinteza uključuje energiziranje elektrona svjetlosnom energijom radi smanjenja (dodavanja elektrona) CO2 kako bi se stvorio veći spoj (glukoza), stvarajući kisik kao nusprodukt. Stanično disanje, s druge strane, uključuje oduzimanje elektrona sa supstrata (glukoze, na primjer), što znači recimo oksidacija, a pri tome se supstrat razgrađuje tako da se njegovi atomi ugljika oslobađaju kao CO2, dok kisik konzumira. Dakle, fotosinteza i stanično disanje gotovo su suprotni biokemijskim procesima.