A sejtlégzés és a fotoszintézis lényegében ellentétes folyamat. A fotoszintézis az a folyamat, amelynek során az organizmusok magas energiájú vegyületeket - különösen a cukor-glükózt - állítanak elő a szén-dioxid (CO2). A sejtlégzés viszont magában foglalja a glükóz és más vegyületek kémiai "oxidáció" útján történő lebontását. A fotoszintézis CO-t fogyaszt2 és oxigént termel. A sejtes légzés oxigént fogyaszt és CO-t termel2.
Fotoszintézis
A fotoszintézis során a fényből származó energia a sejteken belül folyamatokat végző atomok közötti kötések kémiai energiájává alakul. A fotoszintézis 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelent meg az organizmusokban, összetett biokémiai és biofizikai mechanizmusokat fejlesztett ki, és napjainkban növényekben és egysejtű organizmusokban fordul elő. A fotoszintézis miatt a Föld légköre és tengerei oxigént tartalmaznak.
Hogyan működik a fotoszintézis
A fotoszintézisben CO2 a napfényből pedig glükózt (cukrot) és molekuláris oxigént (O2). Ez a reakció több lépésben, két szakaszban megy végbe: a világos és a sötét fázis.
A könnyű fázisban a fény energiája olyan reakciókat hajt végre, amelyek felosztják a vizet és oxigént bocsátanak ki. A folyamat során nagy energiájú molekulák, az ATP és a NADPH képződnek. Ezekben a vegyületekben található kémiai kötések tárolják az energiát. Az oxigén melléktermék, és a fotoszintézisnek ez a fázisa ellentétes az alábbiakban tárgyalt sejtlégzési folyamat oxidatív foszforilációjával, amelyben oxigént fogyasztanak.
A fotoszintézis sötét fázisa Calvin-ciklus néven is ismert. Ebben a fázisban, amely a könnyű fázis termékeit használja fel, a CO2 cukor, glükóz előállítására szolgál.
Sejtlégzés
A sejtlégzés a szubsztrát biokémiai lebontása oxidáció útján, ahol az elektronok vannak a szubsztrátból egy "elektron akceptorba", amely bármely vegyület vagy oxigén lehet atomok. Ha a szubsztrát szén- és oxigéntartalmú vegyület, például glükóz, szén-dioxid (CO2) glikolízissel, a glükóz lebontásával keletkezik.
A glikolízis, amely egy sejt citoplazmájában zajlik, a glükózt piruvátra bontja le, amely egy "oxidáltabb" vegyület. Ha elegendő oxigén van jelen, a piruvát specializált organellákba költözik, az úgynevezett mitokondriumokban. Ott acetátra és CO-ra bomlik2. A CO2 felszabadul. Az acetát bejut egy Krebs-ciklus néven ismert reakciórendszerbe.
A Krebs-ciklus
A Krebs-ciklusban az acetát tovább bomlik, így a fennmaradó szénatomjai CO-ként szabadulnak fel2. Ez ellentétes a fotoszintézis egyik aspektusával, a szénatomok CO-hez való kötésével2 együtt cukrot készíteni. A CO mellett2, a Krebs-ciklus és a glikolízis a szubsztrátok kémiai kötéseiből (például glükózból) származó energiát felhasználva nagy energiájú vegyületeket képez, például ATP és GTP, amelyeket a sejtrendszerek használnak. Szintén nagy energiájú, redukált vegyületeket állítanak elő: NADH és FADH2. Ezek a vegyületek azok az eszközök, amelyekkel az elektronok megtartják az eredetileg kapott energiát a glükóz vagy más élelmiszer-vegyület átkerül a következő folyamatba, az úgynevezett elektrontranszportnak lánc.
Elektrontranszportlánc és oxidatív foszforilezés
Az elektronszállító láncban, amely az állati sejtekben leginkább a mitokondrium belső membránjain helyezkedik el, redukált termékek, mint pl. A NADH és a FADH2 segítségével protongradiens jön létre - a párosítatlan hidrogénatomok koncentrációjának egyensúlyhiánya a membrán vs. a másik. A protongradiens viszont több ATP termelését vezérli az oxidatív foszforilációnak nevezett folyamatban.
Sejtlégzés: A fotoszintézis ellentéte
Összességében a fotoszintézis magában foglalja az elektronok fényenergiával történő energetizálását a CO2 csökkentésére (elektronok hozzáadására) a nagyobb vegyület (glükóz) felépítéséhez, melléktermékként oxigént termelve. A sejtes légzés viszont magában foglalja az elektronok eltávolítását a szubsztrátból (például glükóz), ami mondjuk az oxidációt, és a folyamat során a szubsztrát lebomlik, így szénatomjai CO2-ként szabadulnak fel, míg az oxigén elfogyasztott. Így a fotoszintézis és a sejtlégzés szinte ellentétes biokémiai folyamatokkal.