In che modo la respirazione cellulare e la fotosintesi sono processi quasi opposti?

La respirazione cellulare e la fotosintesi sono essenzialmente processi opposti. La fotosintesi è il processo mediante il quale gli organismi producono composti ad alta energia – lo zucchero glucosio in particolare – attraverso la “riduzione” chimica dell'anidride carbonica (CO₂). La respirazione cellulare, d'altra parte, comporta la scomposizione del glucosio e di altri composti attraverso l'"ossidazione" chimica. La fotosintesi consuma CO₂ e produce ossigeno. La respirazione cellulare consuma ossigeno e produce CO₂.

Nella fotosintesi, l'energia della luce viene convertita in energia chimica dei legami tra gli atomi che alimentano i processi all'interno delle cellule. La fotosintesi è emersa negli organismi 3,5 miliardi di anni fa, ha evoluto complessi meccanismi biochimici e biofisici e oggi si verifica nelle piante e negli organismi unicellulari. È a causa della fotosintesi che l'atmosfera ei mari della Terra contengono ossigeno.

Nella fotosintesi, CO

Nella fase di luce, l'energia della luce alimenta le reazioni che scindono l'acqua per rilasciare ossigeno. Nel processo si formano molecole ad alta energia, ATP e NADPH. I legami chimici in questi composti immagazzinano l'energia. L'ossigeno è un sottoprodotto e questa fase della fotosintesi è l'opposto della fosforilazione ossidativa del processo di respirazione cellulare, discusso di seguito, in cui viene consumato ossigeno.

La fase oscura della fotosintesi è anche conosciuta come il ciclo di Calvin. In questa fase, che utilizza i prodotti della fase luminosa, CO₂ è usato per fare lo zucchero, il glucosio.

La respirazione cellulare è la degradazione biochimica di un substrato attraverso l'ossidazione, in cui gli elettroni sono trasferito dal substrato a un "accettore di elettroni", che può essere uno qualsiasi di una varietà di composti, o ossigeno atomi. Se il substrato è un composto contenente carbonio e ossigeno, come glucosio, anidride carbonica (CO₂) è prodotto attraverso la glicolisi, la scomposizione del glucosio.

La glicolisi, che avviene nel citoplasma di una cellula, scompone il glucosio in piruvato, un composto più "ossidato". Se è presente abbastanza ossigeno, il piruvato si sposta in organelli specializzati chiamati mitocondri. Lì viene scomposto in acetato e CO₂. il CO₂ è rilasciato. L'acetato entra in un sistema di reazione noto come ciclo di Krebs.

Nel ciclo di Krebs, l'acetato viene ulteriormente scomposto in modo che i suoi atomi di carbonio rimanenti vengano rilasciati come CO₂. Questo è l'opposto di un aspetto della fotosintesi, il legame dei carboni da CO₂ insieme per fare lo zucchero. Oltre alla CO₂, il ciclo di Krebs e la glicolisi utilizzano l'energia dai legami chimici dei substrati (come il glucosio) per formare composti ad alta energia come ATP e GTP, che vengono utilizzati dai sistemi cellulari. Vengono prodotti anche composti ridotti ad alta energia: NADH e FADH2. Questi composti sono i mezzi attraverso i quali gli elettroni, che trattengono l'energia derivata inizialmente da glucosio o un altro composto alimentare, vengono trasferiti al processo successivo, chiamato trasporto di elettroni catena.

Nella catena di trasporto degli elettroni, che nelle cellule animali è localizzata principalmente sulle membrane interne dei mitocondri, prodotti ridotti come NADH e FADH2 sono usati per creare un gradiente protonico, uno squilibrio nella concentrazione di atomi di idrogeno spaiati su un lato del membrana vs. l'altro. Il gradiente protonico, a sua volta, guida la produzione di più ATP, in un processo chiamato fosforilazione ossidativa.

Nel complesso, la fotosintesi comporta l'energizzazione degli elettroni mediante l'energia della luce per ridurre (aggiungere elettroni a) CO2 per costruire un composto più grande (glucosio), producendo ossigeno come sottoprodotto. La respirazione cellulare, invece, comporta la sottrazione di elettroni da un substrato (ad esempio glucosio), che deve diciamo ossidazione, e nel processo il substrato viene degradato in modo che i suoi atomi di carbonio vengano rilasciati come CO2, mentre l'ossigeno è consumato. Pertanto, la fotosintesi e la respirazione cellulare sono processi biochimici quasi opposti.