Cum sunt respirația celulară și fotosinteza procesele aproape opuse?

Respirația celulară și fotosinteza sunt în esență procese opuse. Fotosinteza este procesul prin care organismele produc compuși cu energie ridicată - în special glucoza din zahăr - prin „reducerea” chimică a dioxidului de carbon (CO₂). Respirația celulară, pe de altă parte, implică descompunerea glucozei și a altor compuși prin „oxidare” chimică. Fotosinteza consumă CO₂ și produce oxigen. Respirația celulară consumă oxigen și produce CO₂.

În fotosinteză, energia din lumină este transformată în energie chimică a legăturilor dintre atomi, care procesează puterea în interiorul celulelor. Fotosinteza a apărut în organisme în urmă cu 3,5 miliarde de ani, a dezvoltat mecanisme biochimice și biofizice complexe și astăzi are loc la plante și organisme unicelulare. Din cauza fotosintezei, atmosfera Pământului și mările conțin oxigen.

În fotosinteză, CO₂ și lumina soarelui sunt folosite pentru a produce glucoză (zahăr) și oxigen molecular (O₂). Această reacție are loc prin mai multe etape în două etape: faza luminoasă și faza întunecată.

În faza luminoasă, energia din lumină alimentează reacțiile care împart apa pentru a elibera oxigen. În acest proces, se formează molecule cu energie ridicată, ATP și NADPH. Legăturile chimice din acești compuși stochează energia. Oxigenul este un produs secundar, iar această fază a fotosintezei este opusul fosforilării oxidative a procesului de respirație celular, discutat mai jos, în care se consumă oxigen.

Faza întunecată a fotosintezei este cunoscută și sub numele de Ciclul Calvin. În această fază, care utilizează produsele fazei luminoase, CO₂ este folosit pentru a produce zahărul, glucoza.

Respirația celulară este defalcarea biochimică a unui substrat prin oxidare, în care se află electronii transferat de la substrat la un „acceptor de electroni”, care poate fi oricare dintr-o varietate de compuși sau oxigen atomi. Dacă substratul este un compus care conține carbon și oxigen, cum ar fi glucoza, dioxidul de carbon (CO₂) se produce prin glicoliză, descompunerea glucozei.

Glicoliza, care are loc în citoplasma unei celule, descompune glucoza în piruvat, un compus mai „oxidat”. Dacă este suficient oxigen, piruvatul se mută în organite specializate numite mitocondrii. Acolo, este descompus în acetat și CO₂. CO₂ este lansat. Acetatul intră într-un sistem de reacție cunoscut sub numele de Ciclul Krebs.

În ciclul Krebs, acetatul este descompus în continuare, astfel încât atomii de carbon rămași să fie eliberați sub formă de CO₂. Acest lucru este opus unui aspect al fotosintezei, legarea carbonilor de CO₂ împreună pentru a face zahăr. Pe lângă CO₂, Ciclul Krebs și glicoliza utilizează energia din legăturile chimice ale substraturilor (cum ar fi glucoza) pentru a forma compuși cu energie ridicată, cum ar fi ATP și GTP, care sunt utilizați de sistemele celulare. De asemenea, sunt produși compuși cu energie ridicată, reduși: NADH și FADH2. Acești compuși sunt mijloacele prin care electronii care dețin energia derivată inițial din glucoza sau un alt compus alimentar, sunt transferate la următorul proces, numit transport de electroni lanţ.

În lanțul de transport al electronilor, care în celulele animale este situat în cea mai mare parte pe membranele interioare ale mitocondriilor, produsele reduse, cum ar fi NADH și FADH2 sunt folosite pentru a crea un gradient de protoni - un dezechilibru în concentrația de atomi de hidrogen nepereche pe o parte a membrana vs. celălalt. Gradientul de protoni, la rândul său, conduce la producerea mai multor ATP, într-un proces numit fosforilare oxidativă.

În ansamblu, fotosinteza implică energizarea electronilor prin energia luminii pentru a reduce (adăuga electroni) CO2 pentru a construi un compus mai mare (glucoză), producând oxigen ca produs secundar. Respirația celulară, pe de altă parte, implică îndepărtarea electronilor de pe un substrat (glucoză, de exemplu), care este de a zicem oxidare, iar în acest proces substratul este degradat astfel încât atomii săi de carbon sunt eliberați sub formă de CO2, în timp ce oxigenul este consumat. Astfel, fotosinteza și respirația celulară sunt procese biochimice aproape opuse.