Bagaimana Proses Respirasi & Fotosintesis Sel Hampir Berlawanan?

Respirasi sel dan fotosintesis pada dasarnya adalah proses yang berlawanan. Fotosintesis adalah proses di mana organisme membuat senyawa berenergi tinggi – gula glukosa khususnya – melalui “reduksi” kimia karbon dioksida (CO₂). Respirasi sel, di sisi lain, melibatkan pemecahan glukosa dan senyawa lain melalui "oksidasi" kimia. Fotosintesis mengkonsumsi CO₂ dan menghasilkan oksigen. Respirasi sel mengkonsumsi oksigen dan menghasilkan CO₂.

Dalam fotosintesis, energi dari cahaya diubah menjadi energi kimia ikatan antar atom yang menggerakkan proses di dalam sel. Fotosintesis muncul pada organisme 3,5 miliar tahun yang lalu, telah mengembangkan mekanisme biokimia dan biofisika yang kompleks, dan saat ini terjadi pada tumbuhan dan organisme bersel tunggal. Karena fotosintesis, atmosfer bumi dan laut mengandung oksigen.

Dalam fotosintesis, CO₂ dan sinar matahari digunakan untuk menghasilkan glukosa (gula) dan molekul oksigen (O .).₂). Reaksi ini berlangsung melalui beberapa langkah dalam dua tahap: fase terang dan fase gelap.

Pada fase cahaya, energi dari cahaya menggerakkan reaksi yang memecah air untuk melepaskan oksigen. Dalam prosesnya, molekul berenergi tinggi, ATP dan NADPH, terbentuk. Ikatan kimia dalam senyawa ini menyimpan energi. Oksigen adalah produk sampingan, dan fase fotosintesis ini adalah kebalikan dari fosforilasi oksidatif dari proses respirasi seluler, yang dibahas di bawah, di mana oksigen dikonsumsi.

Fase gelap fotosintesis juga dikenal sebagai Siklus Calvin. Pada fase ini, yang menggunakan produk fase cahaya, CO₂ digunakan untuk membuat gula, glukosa.

Respirasi seluler adalah pemecahan biokimia substrat melalui oksidasi, di mana elektron ditransfer dari substrat ke "akseptor elektron", yang dapat berupa berbagai senyawa, atau oksigen atom. Jika substratnya adalah senyawa yang mengandung karbon dan oksigen, seperti glukosa, karbon dioksida (CO₂) diproduksi melalui glikolisis, pemecahan glukosa.

Glikolisis, yang terjadi di sitoplasma sel, memecah glukosa menjadi piruvat, senyawa yang lebih "teroksidasi". Jika ada cukup oksigen, piruvat bergerak ke organel khusus yang disebut mitokondria. Di sana, itu dipecah menjadi asetat dan CO₂. CO₂ dilepaskan. Asetat memasuki sistem reaksi yang dikenal sebagai Siklus Krebs.

Dalam Siklus Krebs, asetat dipecah lebih lanjut sehingga atom karbon yang tersisa dilepaskan sebagai CO₂. Ini adalah kebalikan dari satu aspek fotosintesis, pengikatan karbon dari CO₂ bersama-sama untuk membuat gula. Selain CO₂, Siklus Krebs dan glikolisis menggunakan energi dari ikatan kimia substrat (seperti glukosa) untuk membentuk senyawa berenergi tinggi seperti ATP dan GTP, yang digunakan oleh sistem sel. Juga dihasilkan senyawa tereduksi berenergi tinggi: NADH dan FADH2. Senyawa ini adalah sarana elektron, yang menahan energi yang awalnya berasal dari glukosa atau senyawa makanan lain, ditransfer ke proses selanjutnya, yang disebut transpor elektron rantai.

Dalam rantai transpor elektron, yang pada sel hewan sebagian besar terletak di membran dalam mitokondria, produk tereduksi seperti: NADH dan FADH2 digunakan untuk membuat gradien proton - ketidakseimbangan konsentrasi atom hidrogen yang tidak berpasangan di satu sisi membran vs. yang lain. Gradien proton, pada gilirannya, mendorong produksi lebih banyak ATP, dalam proses yang disebut fosforilasi oksidatif.

Secara keseluruhan, fotosintesis melibatkan energi elektron oleh energi cahaya untuk mengurangi (menambahkan elektron ke) CO2 untuk membangun senyawa yang lebih besar (glukosa), menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan. Respirasi seluler, di sisi lain, melibatkan pengambilan elektron dari substrat (glukosa, misalnya), yang katakanlah oksidasi, dan dalam prosesnya substrat terdegradasi sehingga atom karbonnya dilepaskan sebagai CO2, sedangkan oksigen adalah dikonsumsi. Dengan demikian, fotosintesis dan respirasi sel adalah proses biokimia yang hampir berlawanan.