Fotosynthese en cellulaire ademhaling zijn bijna chemische spiegelbeelden van elkaar. Toen de aarde veel minder zuurstof in de lucht had, gebruikten fotosynthetische organismen koolstofdioxide en produceerden zuurstof als bijproduct. Tegenwoordig gebruiken planten, algen en cyanobacteriën dit vergelijkbare proces van fotosynthese. Alle andere organismen, inclusief dieren, zijn geëvolueerd om een of andere vorm van cellulaire ademhaling te gebruiken.
Zowel fotosynthese als cellulaire ademhaling maken uitgebreid gebruik van het benutten van de energie van stromende elektronen om de synthese van een product aan te drijven. Bij fotosynthese is het belangrijkste product: glucose, terwijl het bij cellulaire ademhaling is ATP (adenosine trifosfaat).
organellen
Er is een groot verschil tussen ademhaling binnen eukaryote en prokaryotische organismen. Planten en dieren zijn beide eukaryoot omdat ze complexe organellen in de cel hebben. Planten maken bijvoorbeeld gebruik van fotosynthese aan het thylakoïdemembraan binnen a chloroplast.
Eukaryoten die cellulaire ademhaling gebruiken, hebben organellen genaamd mitochondriën, die een beetje lijken op de krachtcentrale van de cel. Prokaryoten kunnen fotosynthese of cellulaire ademhaling gebruiken, maar omdat ze geen complexe organellen hebben, produceren ze op eenvoudigere manieren energie. Dit artikel gaat uit van het bestaan van dergelijke organellen, aangezien sommige prokaryoten niet eens gebruik maken van de elektronentransportketen. Dat wil zeggen, u mag aannemen dat deze discussie betrekking heeft op eukaryote cellen (d.w.z. die van planten, dieren en schimmels).
De elektronentransportketen
Bij fotosynthese vindt de elektronentransportketen plaats aan het begin van het proces, maar aan het einde van het proces in cellulaire ademhaling. De twee zijn echter niet helemaal analoog. Het afbreken van een compound is immers niet hetzelfde als het galvaniseren van de productie van een compound.
Het belangrijkste om te onthouden is dat fotosynthetische organismen glucose proberen aan te wakkeren als voedselbron, terwijl: organismen die cellulaire ademhaling gebruiken, breken glucose af tot ATP, de belangrijkste energiedrager van de cel.
Het is belangrijk om te onthouden dat fotosynthese en cellulaire ademhaling plaatsvinden in plantencellen. Vaak wordt fotosynthese aangezien voor een "versie" van de cellulaire ademhaling dan bij andere eukaryoten voorkomt, maar dit is niet het geval.
Fotosynthese vs. Cellulaire ademhaling
Fotosynthese gebruikt de energie die wordt verkregen uit licht om elektronen vrij te maken uit de chlorofylpigmenten die het licht opvangen. Chlorofylmoleculen hebben geen oneindige voorraad elektronen, dus herwinnen ze het verloren elektron uit een watermolecuul. Wat overblijft zijn elektronen en waterstofionen (elektrisch geladen waterstofdeeltjes). Zuurstof ontstaat als bijproduct en wordt daarom in de atmosfeer uitgestoten.
Bij cellulaire ademhaling vindt de elektronentransportketen plaats nadat glucose al is afgebroken. Acht moleculen van NADPH en twee moleculen van FADH2 blijven. Deze moleculen zijn bedoeld om elektronen en waterstofionen af te staan aan de elektronentransportketen. De beweging van elektronen galvaniseert waterstofionen door het membraan van het mitochondrion.
Omdat dit aan één kant een concentratie waterstofionen vormt, worden ze gedwongen terug te gaan naar de binnenkant van het mitochondrion, wat de synthese van ATP galvaniseert. Helemaal aan het einde van het proces worden elektronen opgenomen door zuurstof, die zich vervolgens bindt aan de waterstofionen om water te produceren.
Cellulaire ademhaling in omgekeerde richting
De laatste stap in cellulaire ademhaling weerspiegelt het begin van fotosynthese, die water uit elkaar trekt en elektronen, zuurstof en waterstofionen produceert. Met deze kennis kun je misschien ook voorspellen dat fotosynthese de beweging van waterstofionen door het thylakoïdemembraan inhoudt om de productie van ATP te stimuleren. Elektronen worden dan geaccepteerd door NADPH (maar niet door FADH2 bij fotosynthese). Deze verbindingen gaan een proces in zoals dat van cellulaire ademhaling in omgekeerde richting, zodat ze glucose kunnen synthetiseren voor energieverbruik in de cel.