Hva blir ikke resirkulert i respirasjon av celler?

De dominerende former for synlig liv på jorden, planter og dyr, fungerer på en komplementær måte, noe som absolutt ikke er tilfeldig.

Et stoff som er viktig for næring av planter, er ikke mer enn et avfallsprodukt hos mennesker og andre dyr, og a stoff som kastes som avfall fra planter, trengs av dyr (og forskjellige deler av samme plantecelle) for aerob åndedrett. Andre molekyler "konserveres" også på denne måten.

De fire stoffene som resirkuleres under fotosyntese og respirasjon er: karbondioksid (CO₂), som slippes ut som avfall i cellulær respirasjon og brukes av planter for å lage glukose, oksygen (O₂), som slippes ut som avfall av planter og tas inn av dyr for å tillate cellulær respirasjon å fortsette, glukose (C₆H₁₂O₆), som konsumeres i cellulær respirasjon og er laget av CO₂ i fotosyntese og vann(H₂O), som er et avfallsprodukt fra cellulær respirasjon, men som kreves for fotosyntese og en rekke andre reaksjoner.

I noen former for cellulær respirasjon, skjønt, stoffer er ikke resirkulert i reaksjonene og blir dermed betraktet som avfall, selv om dette ikke nødvendigvis betyr at mennesker ikke har funnet bruk for dette "engangsmaterialet".

Fotosyntese er hvordan planter, uten munn og fordøyelsessystemer generelt, får maten. Ved å ta inn karbondioksidgass gjennom åpninger i bladene som kalles stomi, innlemmer de råmaterialet de trenger for å bygge glukose. Noe av glukosen brukes av planten selv i cellulær respirasjon, mens resten kan bli mat til dyr.

Den første delen av fotosyntese består av lysreaksjoner og krever en lyskilde for å fortsette. Lys rammer strukturer inne i planteceller som kalles kloroplaster, som inneholder thylakoids, som igjen inneholder en gruppe pigmenter som kalles klorofyll. Sluttresultatet er høsting av energi til andre del av fotosyntese og frigjøring av oksygengass som avfall.

I mørke reaksjoner, som ikke krever sollys (men ikke påvirkes negativt av det), kombineres karbondioksid med en fem-karbon forbindelse kalt ribulose-1,5-bifosfat for å lage et mellomprodukt med seks karbon, hvorav noen til slutt blir glukose. Energien for denne fasen kommer fra ATP og NADPH laget i lysreaksjonene.

Fotosyntese ligningen er:

6 CO₂ + 6 H₂O + lysenergi → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Cellulær respirasjon er fullstendig oksidasjon av glukose i eukaryote celler.

Den inneholder fire trinn: glykolyse, den oksygenuavhengige omdannelsen av glukose til pyruvat; broreaksjonen, som er oksidasjon av pyruvat til acetylkoenzym A, Krebs-syklusen, som kombinerte acetyl CoA med oksaloacetat for å lage en seks-karbonforbindelse som til slutt konverteres til oksaloacetat igjen, og gir elektronbærere og ATP og elektrontransportkjede, hvor det meste av ATP for mobil respirasjon genereres.

De tre siste av disse trinnene, inkludert aerob respirasjon, forekommer i mitokondriene, mens glykolyse forekommer i cytoplasmaet. En vanlig misforståelse er at planter gjennomgår fotosyntese i stedet for cellulær respirasjon; faktisk bruker de begge, ved å bruke den førstnevnte prosessen for å lage glukose som et input for den sistnevnte prosessen.

Den komplette ligningen for cellulær respirasjon er

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂→6 CO₂ + 6 H₂O + 36 (eller 38) ATP

Når pyruvat ikke kan behandles via de aerobe reaksjonene ved cellulær respirasjon, enten fordi det ikke er nok oksygen til stede eller organismen mangler enzymer til å gjøre bruk av det, gjæring er ett alternativ. Dette er hva som skjer når du løper en fullsprint eller løfter tunge vekter og går i "oksygengjeld" fra denne anaerobe øvelsen.

I denne prosessen med melkesyregjæring, som også forekommer i cytoplasmaet, omdannes pyruvat til melkesyre i en reduksjonsreaksjon som genererer NAD⁺ fra NADH. Dette gjør mer NAD⁺ tilgjengelig for glykolyse, som sammen med fjerning av pyruvat fra omgivelsene har en tendens til å drive glykolyse fremover. Laktat kan brukes av noen dyreceller, men det regnes generelt som et avfallsprodukt.

I gjær produserer gjæring to-karbonproduktet etanol i stedet for laktat. Mens det fremdeles er avfall, er det ubestridelig at menneskelige samfunn ville se vidt forskjellige ut om det ikke var etanol, den aktive ingrediensen i alkoholholdige drikker over hele verden.