光合成と細胞呼吸のサイクルは、植物や他の生物に使用可能なエネルギーを生成するために使用されます。 これらのプロセスは、生物の細胞内で分子レベルで発生します。 この規模では、エネルギーを含む分子は、すぐに使用できるエネルギーを生み出す代謝プロセスを経ます。 そのようなエネルギー源の1つは、光合成で生成されます。 もう1つは、細胞呼吸のようにバッテリーのように保存されます。
光合成代謝
植物は、気孔と呼ばれる葉の小さな孔から光エネルギーを受け取り、葉と緑の茎の植物細胞にある葉緑体と呼ばれる細胞小器官に変換します。 細胞小器官は、器官のように機能する細胞の特殊な部分です。 このプロセスでは、二酸化炭素と水をブドウ糖や分子状酸素などの炭水化物に変換するためにエネルギーが使用されます。
光合成は2つの部分からなる代謝プロセスです。 光合成の生化学的経路の2つの部分は、エネルギー固定反応と炭素固定反応です。 1つ目は、アデノシン三リン酸（ATP）およびニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸水素（NADPH）分子を生成します。 両方の分子はエネルギーを含み、グルコースを形成するための炭素固定反応で使用されます。
エネルギー固定反応
光合成のエネルギー固定反応では、電子は補酵素や分子を通過し、そこでエネルギーを放出します。 ほとんどの電子は鎖に沿って通過しますが、このエネルギーの一部は、葉緑体内のチラコイド膜を横切って水素の形でプロトンを移動させるために使用されます。 保持されたエネルギーは、ATPとNADPHを合成するために使用されます。
炭素固定反応
炭素固定反応では、エネルギー固定反応で生成されたATPとNADPHのエネルギーを使用して、炭水化物をグルコースやその他の糖や有機物質に変換します。 これは、研究者のメルヴィン・カルビンにちなんで名付けられたカルビン回路を通じて発生します。 このサイクルでは、大気から取得した二酸化炭素を使用します。 NADPHからの水素、二酸化炭素からの炭素、および水からの酸素が結合して、Cで表されるグルコース分子を形成します。6H12O6.
細胞呼吸
生物は細胞呼吸を利用して炭水化物をエネルギーに変換します。このプロセスは細胞の細胞質で起こります。 炭水化物から放出されるエネルギーはATP分子に蓄えられます。 これらの分子は、炭水化物から得られるエネルギーを使用して形成され、アデノシン二リン酸（ADP）分子とリン酸イオンを結合します。 次に、細胞はこの蓄積されたエネルギーをさまざまなエネルギー依存プロセスに使用します。
また、細胞呼吸中に生成されるのは水と二酸化炭素です。 これらの3つの製品を生成するプロセスは、グリコーシス、クレブス回路、電子伝達系、化学浸透の4つの部分で構成されています。
糖質症：ブドウ糖の分解
グリコーシスの間、ブドウ糖は2つのピルビン酸分子に分解されます。 この過程で2つのATP分子が生成されます。 電子伝達系で使用される2つのニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）分子も、グリコローシス中に生成されます。
クレブス回路
クレブス回路では、グリコーシス中に生成されたピルビン酸の2つの分子がNADHを形成するために使用されます。 これは、水素がNADに追加されたときに発生します。 また、クレブス回路の間に2つのATP分子が生成されます。
その過程で放出された炭素原子は酸素と結合して二酸化炭素を形成します。 サイクルが完了すると、6つの二酸化炭素分子が放出されます。 これらの6つの分子は、最初にグリコローシスで使用されたグルコースの6つの炭素原子に対応します。
電子伝達系
ミトコンドリアのチトクローム（細胞色素）と補酵素は、電子伝達系を形成します。
NADから取り出された電子は、これらのキャリアおよび転送分子を介して輸送されます。 システム中の特定の時点で、NADHからの水素原子の形のプロトンが膜を横切って輸送され、ミトコンドリアの外側の領域に放出されます。 酸素は鎖の最後の電子受容体です。 電子を受け取ると、酸素は放出された水素と結合して水を形成します。