De fotosynthese en cellulaire ademhalingscyclus wordt gebruikt om bruikbare energie te produceren voor planten en andere organismen. Deze processen vinden plaats op moleculair niveau in de cellen van organismen. Op deze schaal worden energiebevattende moleculen door metabolische processen geleid die energie opleveren die direct kan worden gebruikt. Een dergelijke energiebron wordt geproduceerd in fotosynthese; een ander wordt opgeslagen als een batterij zoals bij cellulaire ademhaling.
Fotosynthese Metabolisme
Planten ontvangen lichtenergie via kleine poriën op hun bladeren die huidmondjes worden genoemd en zetten deze om in de organellen die chloroplasten worden genoemd, die zich in de plantencellen in de bladeren en groene stengels bevinden. Organellen zijn gespecialiseerde delen van een cel die op een orgelachtige manier functioneren. De energie wordt in dit proces gebruikt om koolstofdioxide en water om te zetten in koolhydraten zoals glucose en moleculaire zuurstof.
Fotosynthese is een tweeledig metabolisch proces. De twee delen van de biochemische route van fotosynthese zijn de energiefixerende reactie en de koolstoffixerende reactie. De eerste produceert adenosinetrifosfaat (ATP) en nicotinamide adenine dinucleaotide fosfaat waterstof (NADPH) moleculen. Beide moleculen bevatten energie en worden gebruikt in de koolstoffixerende reactie om glucose te vormen.
Energieopwekkende reactie
Bij de energiefixerende reactie van fotosynthese worden elektronen door co-enzymen en moleculen geleid waar ze hun energie afgeven. De meeste elektronen worden door de keten geleid, maar een deel van deze energie wordt gebruikt om protonen in de vorm van waterstof over het thylakoïdemembraan in de chloroplast te verplaatsen. De behouden energie wordt vervolgens gebruikt om ATP en NADPH te synthetiseren.
Koolstoffixerende reactie
Tijdens de koolstoffixerende reactie wordt de energie in de ATP en NADPH geproduceerd in de energiefixerende reactie gebruikt om koolhydraten om te zetten in glucose en andere suikers en organische stoffen. Dit gebeurt via de Calvin-cyclus, genoemd naar de onderzoeker Melvin Calvin. De cyclus maakt gebruik van koolstofdioxide verkregen uit de atmosfeer. Waterstof uit NADPH, koolstof uit koolstofdioxide en zuurstof uit water vormen samen de glucosemoleculen die worden aangeduid als C6H12O6.
Cellulaire ademhaling
Organismen gebruiken cellulaire ademhaling om koolhydraten om te zetten in energie, en dit proces vindt plaats in het cytoplasma van de cel. De energie die vrijkomt uit koolhydraten wordt opgeslagen in ATP-moleculen. Deze moleculen worden gevormd met behulp van de energie die wordt verkregen uit koolhydraten om adenosinedifosfaat (ADP) moleculen en fosfaationen te combineren. Cellen gebruiken deze opgeslagen energie vervolgens voor verschillende energieafhankelijke processen.
Ook geproduceerd tijdens cellulaire ademhaling zijn water en koolstofdioxide. Het proces dat deze drie producten oplevert, bestaat uit vier delen: glycolose, de Krebs-cyclus, het elektronentransportsysteem en chemiosmosis.
Glycolose: glucose afbreken
Tijdens glycolose wordt glucose afgebroken tot twee pyrodruivenzuurmoleculen. Tijdens dit proces worden twee ATP-moleculen geproduceerd. Twee nicotinamide-adenine-dinucleotide (NADH) -moleculen die zullen worden gebruikt in het elektronentransportsysteem, worden ook verkregen tijdens glycolose.
De Krebs-cyclus
In de Krebs-cyclus worden twee moleculen pyrodruivenzuur geproduceerd tijdens glycolose gebruikt om NADH te vormen. Dit gebeurt wanneer waterstof wordt toegevoegd aan NAD. Ook geproduceerd tijdens de Krebs-cyclus zijn twee ATP-moleculen.
Koolstofatomen die daarbij vrijkomen, combineren met zuurstof om koolstofdioxide te vormen. Zes koolstofdioxidemoleculen komen vrij wanneer de cyclus is voltooid. Deze zes moleculen komen overeen met de zes koolstofatomen in glucose die aanvankelijk werden gebruikt bij glycolose.
Elektronentransportsysteem
Cytochromen (celpigmenten) en co-enzymen in de mitochondriën vormen het elektronentransportsysteem.
Elektronen die uit NAD worden gehaald, worden door deze drager en overdrachtsmoleculen getransporteerd. Op bepaalde punten tijdens het systeem worden protonen in de vorm van waterstofatomen van NADH over een membraan getransporteerd en afgegeven aan het buitenste gebied van de mitochondriën. Zuurstof is de laatste elektronenacceptor in de keten. Wanneer het een elektron ontvangt, bindt zuurstof zich met de vrijgekomen waterstof om water te vormen.