Kaip ląstelių kvėpavimas ir fotosintezė yra beveik priešingi procesai?

Ląstelių kvėpavimas ir fotosintezė iš esmės yra priešingi procesai. Fotosintezė yra procesas, kurio metu organizmai chemiškai „redukuodami“ anglies dvideginį (CO₂). Kita vertus, ląstelinis kvėpavimas apima gliukozės ir kitų junginių skaidymąsi cheminės „oksidacijos“ būdu. Fotosintezė sunaudoja CO₂ ir gamina deguonį. Ląstelinis kvėpavimas sunaudoja deguonį ir gamina CO₂.

Fotosintezės metu iš šviesos gaunama energija virsta chemine ryšių tarp atomų, kurie valdo ląstelėse, energija. Organizmuose fotosintezė atsirado prieš 3,5 milijardo metų, sukūrė sudėtingus biocheminius ir biofizinius mechanizmus, o šiandien ji vyksta augaluose ir vienaląsčiuose organizmuose. Būtent dėl ​​fotosintezės Žemės atmosferoje ir jūrose yra deguonies.

Fotosintezėje CO₂ o saulės spinduliai naudojami gliukozei (cukrui) ir molekuliniam deguoniui (O₂). Ši reakcija vyksta keliais etapais dviem etapais: šviesos ir tamsiosios fazės.

Šviesos fazėje šviesos energija valdo reakcijas, kurios padalija vandenį ir išskiria deguonį. Procese susidaro didelės energijos molekulės - ATP ir NADPH. Šiuose junginiuose esantys cheminiai ryšiai kaupia energiją. Deguonis yra šalutinis produktas, o ši fotosintezės fazė yra priešinga toliau aptartam ląstelių kvėpavimo proceso oksidaciniam fosforiliavimui, kuriame vartojamas deguonis.

Tamsi fotosintezės fazė taip pat žinoma kaip Kalvino ciklas. Šioje fazėje, kurioje naudojami šviesos fazės produktai, CO₂ naudojamas cukrui, gliukozei gaminti.

Ląstelių kvėpavimas yra biocheminis substrato skaidymas oksidacijos metu, kur yra elektronai iš substrato perkeliamas į „elektronų akceptorių“, kuris gali būti bet kuris iš įvairių junginių arba deguonis atomai. Jei substratas yra junginys, kuriame yra anglies ir deguonies, pavyzdžiui, gliukozė, anglies dioksidas (CO₂) gaminamas glikolizės būdu, skaidant gliukozę.

Glikolizė, vykstanti ląstelės citoplazmoje, skaido gliukozę iki piruvato, labiau „oksiduoto“ junginio. Jei deguonies yra pakankamai, piruvatas pereina į specializuotus organelius, vadinamus mitochondrijomis. Ten jis suskaidomas į acetatą ir CO₂. CO₂ paleistas. Acetatas patenka į reakcijos sistemą, žinomą kaip Krebso ciklas.

Krebso cikle acetatas skaidomas toliau, kad likę anglies atomai išsiskirtų kaip CO₂. Tai priešinga vienam fotosintezės aspektui - anglies jungimuisi iš CO₂ kartu gaminti cukrų. Be CO₂, Krebso ciklas ir glikolizė naudoja cheminių substratų ryšių (pvz., gliukozės) energiją, kad susidarytų didelės energijos junginiai, tokie kaip ATP ir GTP, kuriuos naudoja ląstelių sistemos. Taip pat gaminami daug energijos gaunantys, redukuoti junginiai: NADH ir FADH2. Šie junginiai yra priemonės, kuriomis elektronai sulaiko iš pradžių gautą energiją gliukozės ar kito maisto junginio, perkeliami į kitą procesą, vadinamą elektronų transportu grandinė.

Elektronų transportavimo grandinėje, kuri gyvūnų ląstelėse daugiausia yra ant mitochondrijų vidinių membranų, sumažėjo produktų, tokių kaip NADH ir FADH2 naudojami protonų gradientui sukurti - nesuporuotų vandenilio atomų koncentracijos disbalansas vienoje membrana vs. Kitas. Savo ruožtu protonų gradientas skatina gaminti daugiau ATP, vadinamame oksidaciniu fosforilinimu.

Apskritai fotosintezė apima elektronų energiją šviesos energija, siekiant sumažinti (pridėti elektronų) CO2, kad būtų sukurtas didesnis junginys (gliukozė), gaminant deguonį kaip šalutinį produktą. Kita vertus, ląstelinis kvėpavimas apima elektronų atėmimą iš substrato (pavyzdžiui, gliukozės), sakykime, oksidacija, ir proceso metu substratas yra suardomas, kad jo anglies atomai išsiskirtų kaip CO2, o deguonis Suvartojo. Taigi fotosintezė ir ląstelių kvėpavimas yra beveik priešingi biocheminiai procesai.