Fotosintesi vs. Respirazione cellulare nel flusso di elettroni

La fotosintesi e la respirazione cellulare sono immagini speculari quasi chimiche l'una dell'altra. Quando la Terra aveva molto meno ossigeno nell'aria, gli organismi fotosintetici usavano l'anidride carbonica e producevano ossigeno come sottoprodotto. Oggi, piante, alghe e cianobatteri utilizzano questo processo simile di fotosintesi. Tutti gli altri organismi, inclusi gli animali, si sono evoluti per utilizzare una qualche forma di respirazione cellulare.

Sia la fotosintesi che la respirazione cellulare fanno ampio uso di sfruttare l'energia dagli elettroni che scorrono per guidare la sintesi di un prodotto. Nella fotosintesi il prodotto principale è glucosio, mentre nella respirazione cellulare è ATP (adenosina trifosfato).

C'è una grande differenza tra la respirazione negli organismi eucarioti e procarioti. Sia le piante che gli animali sono eucarioti perché hanno organelli complessi all'interno della cellula. Le piante, ad esempio, fanno uso della fotosintesi sulla membrana tilacoide all'interno di a cloroplasto.

Gli eucarioti che utilizzano la respirazione cellulare hanno organelli chiamati mitocondri, che sono un po' come la centrale elettrica della cella. I procarioti possono utilizzare la fotosintesi o la respirazione cellulare, ma poiché mancano di organelli complessi, producono energia in modi più semplici. Questo articolo presuppone l'esistenza di tali organelli, poiché alcuni procarioti non fanno nemmeno uso della catena di trasporto degli elettroni. Cioè, puoi presumere che questa discussione riguardi le cellule eucariotiche (cioè quelle di piante, animali e funghi).

Nella fotosintesi, la catena di trasporto degli elettroni si verifica all'inizio del processo, ma arriva alla fine del processo nella respirazione cellulare. I due non sono del tutto analoghi, però. Dopotutto, scomporre un composto non è lo stesso che galvanizzare la produzione di un composto.

La cosa importante da ricordare è che gli organismi fotosintetici tentano di fomentare il glucosio come fonte di cibo mentre gli organismi che utilizzano la respirazione cellulare scompongono il glucosio in ATP, che è il principale vettore energetico del cellula.

È importante ricordare che la fotosintesi e la respirazione cellulare avvengono nelle cellule vegetali. Spesso la fotosintesi viene scambiata per una "versione" della respirazione cellulare rispetto a quella che avviene in altri eucarioti, ma non è così.

La fotosintesi utilizza l'energia ottenuta dalla luce per liberare gli elettroni dai pigmenti di clorofilla che raccolgono la luce. Le molecole di clorofilla non hanno una scorta infinita di elettroni, quindi recuperano l'elettrone perso da una molecola d'acqua. Ciò che rimane sono elettroni e ioni idrogeno (particelle di idrogeno caricate elettricamente). L'ossigeno viene creato come sottoprodotto, motivo per cui viene espulso nell'atmosfera.

Nella respirazione cellulare la catena di trasporto degli elettroni si verifica dopo che il glucosio è già stato scomposto. Otto molecole di NADPH e due molecole di FADH₂ rimanere. Queste molecole hanno lo scopo di donare elettroni e ioni idrogeno alla catena di trasporto degli elettroni. Il movimento degli elettroni galvanizza gli ioni idrogeno attraverso la membrana del mitocondrio.

Poiché questo forma una concentrazione di ioni idrogeno su un lato, sono costretti a tornare all'interno del mitocondrio, che galvanizza la sintesi di ATP. Alla fine del processo, gli elettroni vengono accettati dall'ossigeno, che poi si lega agli ioni idrogeno per produrre acqua.

La fase finale della respirazione cellulare rispecchia l'inizio della fotosintesi, che separa l'acqua e produce elettroni, ossigeno e ioni idrogeno. Usando questa conoscenza, potresti anche essere in grado di prevedere che la fotosintesi coinvolge il movimento degli ioni idrogeno attraverso la membrana tilacoide per galvanizzare la produzione di ATP. Gli elettroni vengono quindi accettati da NADPH (ma non da FADH₂ nella fotosintesi). Questi composti entrano in un processo come quello della respirazione cellulare al contrario in modo che possano sintetizzare il glucosio per l'utilizzo di energia all'interno della cellula.