Jalur Metabolik Fotosintesis dan Respirasi Sel

Fotosintesis dan siklus respirasi sel digunakan untuk menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk tanaman dan organisme lain. Proses ini terjadi pada tingkat molekuler di dalam sel organisme. Pada skala ini, molekul yang mengandung energi dimasukkan melalui proses metabolisme yang menghasilkan energi yang dapat digunakan segera. Salah satu sumber energi tersebut dihasilkan dalam fotosintesis; yang lain disimpan seperti baterai seperti dalam respirasi seluler.

Tumbuhan menerima energi cahaya melalui pori-pori kecil pada daunnya yang disebut stomata dan mengubahnya dalam organel yang disebut kloroplas, yang terletak di sel tumbuhan di daun dan batang hijau. Organel adalah bagian khusus dari sel yang berfungsi dengan cara seperti organ. Energi digunakan dalam proses ini untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat seperti glukosa dan oksigen molekuler.

Fotosintesis adalah proses metabolisme dua bagian. Dua bagian dari jalur biokimia fotosintesis adalah reaksi pengikatan energi dan reaksi pengikatan karbon. Yang pertama menghasilkan molekul adenosin trifosfat (ATP) dan nikotinamida adenin dinukleaotida fosfat hidrogen (NADPH). Kedua molekul mengandung energi dan digunakan dalam reaksi pengikatan karbon untuk membentuk glukosa.

Dalam reaksi pengikatan energi fotosintesis, elektron dilewatkan melalui koenzim dan molekul di mana mereka melepaskan energinya. Sebagian besar elektron dilewatkan sepanjang rantai, tetapi sebagian dari energi ini digunakan untuk memindahkan proton dalam bentuk hidrogen melintasi membran tilakoid di dalam kloroplas. Energi yang ditahan kemudian digunakan untuk mensintesis ATP dan NADPH.

Selama reaksi pengikatan karbon, energi dalam ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi pengikatan energi digunakan untuk mengubah karbohidrat menjadi glukosa dan gula serta zat organik lainnya. Ini terjadi melalui siklus Calvin, dinamai untuk peneliti Melvin Calvin. Siklus ini menggunakan karbon dioksida yang diperoleh dari atmosfer. Hidrogen dari NADPH, karbon dari karbon dioksida dan oksigen dari air bergabung membentuk molekul glukosa yang dilambangkan sebagai C₆H₁₂HAI₆.

Organisme menggunakan respirasi seluler untuk mengubah karbohidrat menjadi energi, dan proses ini terjadi di sitoplasma sel. Energi yang dilepaskan dari karbohidrat disimpan dalam molekul ATP. Molekul-molekul ini dibentuk menggunakan energi yang diperoleh dari karbohidrat untuk menggabungkan molekul adenosin difosfat (ADP) dan ion fosfat. Sel kemudian menggunakan energi yang tersimpan ini untuk berbagai proses yang bergantung pada energi.

Juga diproduksi selama respirasi sel adalah air dan karbon dioksida. Proses yang menghasilkan ketiga produk ini terdiri dari empat bagian: glikolosis, siklus Krebs, sistem transpor elektron, dan kemiosmosis.

Selama glikolosis, glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat. Dua molekul ATP diproduksi selama proses ini. Dua molekul nikotinamida adenin dinukleotida (NADH) yang akan digunakan dalam sistem transpor elektron juga dihasilkan selama glikolosis.

Dalam siklus Krebs, dua molekul asam piruvat yang dihasilkan selama glikolosis digunakan untuk membentuk NADH. Ini terjadi ketika hidrogen ditambahkan ke NAD. Juga diproduksi selama siklus Krebs adalah dua molekul ATP.

Atom karbon yang dilepaskan dalam proses bergabung dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida. Enam molekul karbon dioksida dilepaskan ketika siklus selesai. Keenam molekul ini sesuai dengan enam atom karbon dalam glukosa yang awalnya digunakan dalam glikolosis.

Sitokrom (pigmen sel) dan koenzim dalam mitokondria membentuk sistem transpor elektron.

Elektron yang diambil dari NAD diangkut melalui molekul pembawa dan transfer ini. Pada titik-titik tertentu selama sistem, proton dalam bentuk atom hidrogen dari NADH diangkut melintasi membran dan dilepaskan ke area luar mitokondria. Oksigen adalah akseptor elektron terakhir dalam rantai. Ketika menerima elektron, ikatan oksigen dengan hidrogen yang dilepaskan untuk membentuk air.