Le forme predominanti di vita visibile sulla Terra, piante e animali, operano in modo complementare, il che non è assolutamente casuale.
Una sostanza vitale per il nutrimento delle piante non è altro che un prodotto di scarto nell'uomo e in altri animali, e a la sostanza scartata come rifiuto dalle piante è necessaria per gli animali (e diverse parti della stessa cellula vegetale) per l'attività aerobica respirazione. Anche altre molecole vengono "conservate" in questo modo.
Le quattro sostanze riciclate durante la fotosintesi e la respirazione sono: anidride carbonica (CO2), che viene emesso come rifiuto nella respirazione cellulare e utilizzato dalle piante per produrre glucosio, ossigeno (O2), che viene emesso come rifiuto dalle piante e assorbito dagli animali per consentire il proseguimento della respirazione cellulare, glucosio (C6H12oh6), che viene consumato nella respirazione cellulare e costituito da CO2 nella fotosintesi e acqua(H2o), che è un prodotto di scarto della respirazione cellulare ma necessario per la fotosintesi e una miriade di altre reazioni.
In alcune forme di respirazione cellulare, tuttavia, le sostanze sono non riciclati nelle reazioni e sono quindi considerati rifiuti, anche se ciò non significa necessariamente che l'uomo non abbia trovato usi per questo materiale "usa e getta".
Fotosintesi
Fotosintesi è così che le piante, prive di bocche e sistemi digestivi in generale, si nutrono. Prendendo anidride carbonica attraverso le aperture nelle foglie chiamate stoma, incorporano la materia prima di cui hanno bisogno per costruire il glucosio. Una parte di quel glucosio viene utilizzata dalla pianta stessa nella respirazione cellulare, mentre il resto può diventare cibo per gli animali.
La prima parte della fotosintesi consiste nella reazioni alla luce e richiede una fonte di luce per procedere. La luce colpisce le strutture all'interno delle cellule vegetali chiamate cloroplasti, che contengono tilacoidi, che a loro volta contengono un gruppo di pigmenti chiamati clorofilla. Il risultato finale è la raccolta di energia per la seconda parte della fotosintesi e il rilascio di ossigeno come rifiuto.
Nel reazioni oscure, che non richiedono la luce solare (ma non ne sono influenzati negativamente), l'anidride carbonica è combinata con un carbonio a cinque composto chiamato ribulosio-1,5-bifosfato per formare un intermedio a sei atomi di carbonio, alcuni dei quali alla fine diventano glucosio. L'energia per questa fase proviene da ATP e NADPH prodotti nelle reazioni alla luce.
L'equazione della fotosintesi è:
6 CO2 + 6 H2O + Energia luminosa → C6H12oh6 + 6 O2
Respirazione cellulare
La respirazione cellulare è la completa ossidazione del glucosio nelle cellule eucariotiche.
Comprende quattro passaggi: glicolisi, la conversione indipendente dall'ossigeno del glucosio in piruvato; la reazione ponte, che è l'ossidazione del piruvato ad acetil coenzima A, il ciclo di Krebs, che combinava acetil CoA con ossalacetato per creare un composto a sei atomi di carbonio che alla fine viene nuovamente convertito in ossalacetato, producendo trasportatori di elettroni e ATP e catena di trasporto degli elettroni, che è dove viene generata la maggior parte dell'ATP della respirazione cellulare.
Gli ultimi tre di questi passaggi, che comprendono la respirazione aerobica, si verificano nei mitocondri, mentre la glicolisi si verifica nel citoplasma. Un malinteso comune è che le piante subiscano la fotosintesi invece di respirazione cellulare; infatti, usano entrambi, usando il primo processo per produrre glucosio come input per il secondo processo.
L'equazione completa per la respirazione cellulare è
C6H12oh6 + 6 O2→6 CO2 + 6 H2O + 36 (o 38) ATP
Prodotti di scarto della respirazione cellulare
Quando il piruvato non può essere processato tramite le reazioni aerobiche della respirazione cellulare, sia perché non è presente abbastanza ossigeno o perché l'organismo non ha gli enzimi per farne uso, fermentazione è un'alternativa. Questo è ciò che accade quando corri uno sprint a tutto campo o sollevi pesi pesanti e vai in "debito di ossigeno" da questo esercizio anaerobico.
In questo processo di fermentazione dell'acido lattico, che si trova anche nel citoplasma, il piruvato viene convertito in acido lattico in una reazione di riduzione che genera NAD+ da NADH. Questo rende più NAD+ disponibile per la glicolisi, che, insieme alla rimozione del piruvato dall'ambiente, tende a far avanzare la glicolisi. Il lattato può essere utilizzato da alcune cellule animali, ma è generalmente considerato un prodotto di scarto.
Nel lievito, la fermentazione produce il prodotto a due atomi di carbonio etanolo invece del lattato. Pur essendo ancora rifiuti, è innegabile che le società umane sarebbero molto diverse se non ci fosse l'etanolo, l'ingrediente attivo delle bevande alcoliche in tutto il mondo.