Diferența dintre fotosinteza respirației celulare aerobe și anaerobe

Respirația aerobă, respirația anaerobă și fermentația sunt metode pentru ca celulele vii să producă energie din surse alimentare. În timp ce toate organismele vii conduc unul sau mai multe dintre aceste procese, doar un grup select de organisme sunt capabile să o facă fotosinteză ceea ce le permite să producă alimente din lumina soarelui. Cu toate acestea, chiar și în aceste organisme, alimentele produsă prin fotosinteză se transformă în energie celulară prin respirația celulară.

O caracteristică distinctivă a respirației aerobe în comparație cu căile de fermentare este condiția prealabilă pentru oxigen și randamentul mult mai mare de energie pe moleculă de glucoză.

Glicoliza este o cale universală de început efectuate în citoplasma celulelor pentru descompunerea glucozei în energie chimică. Energia eliberată din fiecare moleculă de glucoză este utilizată pentru a atașa un fosfat la fiecare dintre cele patru molecule de adenozin difosfat (ADP) pentru a produce două molecule de adenozin trifosfat (ATP) și o moleculă suplimentară de NADH.

Energia stocată în legătura fosfat este utilizată în alte reacții celulare și este adesea considerată ca „moneda” energetică a celulei. Cu toate acestea, deoarece glicoliza necesită aportul de energie din două molecule de ATP, randamentul net din glicoliză este doar două molecule de ATP pe moleculă de glucoză. Glucoza în sine este descompusă în piruvat în timpul glicolizei.

Respirația aerobă are loc în mitocondrii în prezența oxigenului și produce cea mai mare parte a energiei pentru organismele capabile de proces. Piruvatul este mutat în mitocondrii și transformat în acetil CoA, care este apoi combinat cu oxaloacetat pentru a produce acid citric în prima etapă a ciclul acidului citric.

Seria ulterioară transformă acidul citric înapoi în oxaloacetat și produce molecule purtătoare de energie împreună cu un mod numit NADH și FADH₂.

Fiecare rotație a ciclului Krebs este capabilă să producă o moleculă de ATP și încă 17 molecule de ATP prin lanțul de transport al electronilor. Deoarece glicoliza produce două molecule de piruvat pentru utilizare în ciclul Krebs, randamentul total pentru respirația aerobă este de 36 ATP pe moleculă de glucoză pe lângă cele două ATP produse în timpul glicoliză.

Acceptorul terminal pentru electroni în timpul lanțului de transport al electronilor este oxigenul.

Nu trebuie confundat cu respirația anaerobă, fermentația are loc în absența oxigenului în citoplasma celulelor și transformă piruvatul într-un produs rezidual pentru a produce moleculele care transportă energia necesare pentru continuarea glicolizei. Deoarece singura energie produsă în timpul fermentării este prin glicoliză, randamentul total pe moleculă de glucoză este de două ATP.

În timp ce producția de energie este substanțial mai mică decât respirația aerobă, fermentarea permite conversia combustibilului în energie să continue în absența oxigenului. Exemple de fermentație includ fermentația acidului lactic la oameni și alte animale și fermentarea etanolului prin drojdie. Deșeurile sunt fie reciclate când organismul reintră într-o stare aerobă, fie este îndepărtat din organism.

Găsită în procariote selectate, respirația anaerobă folosește un lanț de transport al electronilor la fel de mult respirație aerobă, dar în loc de a utiliza oxigenul ca acceptor terminal de electroni, alte elemente sunt folosit. Acești acceptori alternativi includ azotat, sulfat, sulf, dioxid de carbon și alte molecule.

Aceste procese contribuie în mod semnificativ la ciclul nutrienților în soluri, precum și permit acestor organisme să colonizeze zone nelocuibile de alte organisme.

Spre deosebire de diferitele căi de respirație celulară, fotosinteza este utilizată de plante, alge și unele bacterii pentru a produce hrana necesară metabolismului. La plante, fotosinteza are loc în structuri specializate numite cloroplaste, în timp ce bacteriile fotosintetice efectuează de obicei fotosinteza de-a lungul extensiilor membranare ale membranei plasmatice.

Fotosinteza poate fi împărțită în două etape: reacții dependente de lumină si reacții independente de lumină.

In timpul reacții dependente de lumină, energia luminii este utilizată pentru a energiza electronii eliminați din apă și pentru a produce un gradient de protoni care la rândul său produce molecule cu energie ridicată care alimentează reacțiile independente de lumină. Pe măsură ce electronii sunt eliminați din moleculele de apă, moleculele de apă sunt descompuse în oxigen și protoni.

Protonii contribuie la gradientul de protoni, dar oxigenul este eliberat. În timpul reacțiilor independente de lumină, energia produsă în timpul reacțiilor la lumină este utilizată pentru a produce molecule de zahăr din dioxid de carbon printr-un proces numit ciclul Calvin.

Ciclul Calvin produce o moleculă de zahăr pentru fiecare șase molecule de dioxid de carbon. Combinată cu moleculele de apă utilizate în reacțiile dependente de lumină, formula generală pentru fotosinteză este 6 H₂O + 6 CO₂ + lumină → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.