Ciclul fotosintezei și al respirației celulare este utilizat pentru a produce energie utilizabilă pentru plante și alte organisme. Aceste procese au loc la nivel molecular în interiorul celulelor organismelor. Pe această scară, moleculele care conțin energie sunt supuse unor procese metabolice care produc energie care poate fi utilizată imediat. O astfel de sursă de energie este produsă în fotosinteză; altul este stocat ca o baterie ca în respirația celulară.
Fotosinteza Metabolism
Plantele primesc energie luminoasă prin pori mici pe frunzele lor numite stomate și o transformă în organele numite cloroplaste, situate în celulele vegetale din frunze și tulpini verzi. Organele sunt părți specializate ale unei celule care funcționează într-un mod asemănător organelor. Energia este utilizată în acest proces pentru a converti dioxidul de carbon și apa în carbohidrați precum glucoza și oxigenul molecular.
Fotosinteza este un proces metabolic în două părți. Cele două părți ale căii biochimice a fotosintezei sunt reacția de fixare a energiei și reacția de fixare a carbonului. Primul produce molecule de adenozin trifosfat (ATP) și nicotinamidă adenină dinucleaotid fosfat de hidrogen (NADPH). Ambele molecule conțin energie și sunt utilizate în reacția de fixare a carbonului pentru a forma glucoză.
Reacție de fixare a energiei
În reacția de fotosinteză de fixare a energiei, electronii sunt trecuți prin coenzime și molecule unde își eliberează energia. Majoritatea electronilor sunt trecuți de-a lungul lanțului, dar o parte din această energie este utilizată pentru a muta protoni sub formă de hidrogen peste membrana tilacoidă din interiorul cloroplastului. Energia reținută este apoi utilizată pentru a sintetiza ATP și NADPH.
Reacție de fixare a carbonului
În timpul reacției de fixare a carbonului, energia din ATP și NADPH produsă în reacția de fixare a energiei este utilizată pentru a converti carbohidrații în glucoză și alte zaharuri și substanțe organice. Acest lucru se întâmplă prin ciclul Calvin, numit după cercetătorul Melvin Calvin. Ciclul folosește dioxid de carbon dobândit din atmosferă. Hidrogenul din NADPH, carbonul din dioxidul de carbon și oxigenul din apă se combină pentru a forma moleculele de glucoză denumite C6H12O6.
Respirație celulară
Organismele folosesc respirația celulară pentru a transforma carbohidrații în energie, iar acest proces are loc în citoplasma celulei. Energia eliberată din carbohidrați este stocată în moleculele de ATP. Aceste molecule se formează folosind energia obținută din carbohidrați pentru a combina moleculele de adenozin difosfat (ADP) și ionii fosfat. Celulele folosesc apoi această energie stocată pentru diferite procese dependente de energie.
De asemenea, în timpul respirației celulare se produc apă și dioxid de carbon. Procesul care produce aceste trei produse este compus din patru părți: glicoza, ciclul Krebs, sistemul de transport al electronilor și chimiozmoza.
Glicoza: descompunerea glucozei
În timpul glicozei, glucoza este descompusă în două molecule de acid piruvic. Două molecule de ATP sunt produse în timpul acestui proces. Două molecule de nicotinamidă adenină dinucleotidă (NADH) care vor fi utilizate în sistemul de transport al electronilor sunt, de asemenea, cedate în timpul glicozei.
Ciclul Krebs
În ciclul Krebs, două molecule de acid piruvic produse în timpul glicozei sunt utilizate pentru a forma NADH. Acest lucru se întâmplă atunci când se adaugă hidrogen la NAD. De asemenea, produse în timpul ciclului Krebs sunt două molecule de ATP.
Atomii de carbon eliberați în acest proces se combină cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon. Șase molecule de dioxid de carbon sunt eliberate la finalizarea ciclului. Aceste șase molecule corespund celor șase atomi de carbon din glucoză care au fost folosiți inițial în glicoză.
Sistem de transport al electronilor
Citocromii (pigmenții celulari) și coenzimele din mitocondrii formează sistemul de transport al electronilor.
Electronii luați din NAD sunt transportați prin aceste molecule purtătoare și de transfer. În anumite momente ale sistemului, protonii sub formă de atomi de hidrogen din NADH sunt transportați peste o membrană și eliberați în zona exterioară a mitocondriilor. Oxigenul este ultimul acceptor de electroni din lanț. Când primește un electron, oxigenul se leagă de hidrogenul eliberat pentru a forma apă.