Метаболические пути фотосинтеза и клеточного дыхания

Цикл фотосинтеза и клеточного дыхания используется для производства энергии, полезной для растений и других организмов. Эти процессы происходят на молекулярном уровне внутри клеток организмов. В этом масштабе энергосодержащие молекулы подвергаются метаболическим процессам, которые дают энергию, которую можно сразу же использовать. Один из таких источников энергии вырабатывается при фотосинтезе; другой хранится как батарея, как при клеточном дыхании.

Растения получают световую энергию через маленькие поры на своих листьях, называемые устьицами, и превращают ее в органеллы, называемые хлоропластами, расположенные в клетках растений в листьях и зеленых стеблях. Органеллы - это специализированные части клетки, которые функционируют подобно органам. Энергия используется в этом процессе для преобразования углекислого газа и воды в углеводы, такие как глюкоза и молекулярный кислород.

Фотосинтез - это метаболический процесс, состоящий из двух частей. Две части биохимического пути фотосинтеза - это реакция связывания энергии и реакция связывания углерода. Первый производит молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата водорода (НАДФН). Обе молекулы содержат энергию и используются в реакции связывания углерода с образованием глюкозы.

В реакции фотосинтеза, фиксирующей энергию, электроны проходят через коферменты и молекулы, где они выделяют свою энергию. Большая часть электронов проходит по цепи, но часть этой энергии используется для перемещения протонов в виде водорода через тилакоидную мембрану внутри хлоропласта. Сохраненная энергия затем используется для синтеза АТФ и НАДФН.

Во время реакции связывания углерода энергия АТФ и НАДФН, образующаяся в реакции связывания энергии, используется для преобразования углеводов в глюкозу, другие сахара и органические вещества. Это происходит в рамках цикла Кальвина, названного в честь исследователя Мелвина Кальвина. В цикле используется углекислый газ, полученный из атмосферы. Водород из NADPH, углерод из диоксида углерода и кислород из воды объединяются, чтобы сформировать молекулы глюкозы, обозначенные как C₆ЧАС₁₂О₆.

Организмы используют клеточное дыхание для преобразования углеводов в энергию, и этот процесс происходит в цитоплазме клетки. Энергия, выделяемая из углеводов, хранится в молекулах АТФ. Эти молекулы образуются с использованием энергии, полученной из углеводов, для объединения молекул аденозиндифосфата (АДФ) и ионов фосфата. Затем клетки используют эту накопленную энергию для различных энергозависимых процессов.

Во время клеточного дыхания также образуются вода и углекислый газ. Процесс, который дает эти три продукта, состоит из четырех частей: гликолоза, цикла Кребса, системы транспорта электронов и хемиосмоса.

Во время гликолоза глюкоза расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты. Во время этого процесса образуются две молекулы АТФ. Две молекулы никотинамидадениндинуклеотида (НАДН), которые будут использоваться в системе транспорта электронов, также образуются во время гликолоза.

В цикле Кребса две молекулы пировиноградной кислоты, образующиеся во время гликолоза, используются для образования НАДН. Это происходит при добавлении водорода к НАД. Также во время цикла Кребса образуются две молекулы АТФ.

Атомы углерода, высвобождаемые в процессе, соединяются с кислородом с образованием диоксида углерода. По завершении цикла выделяются шесть молекул углекислого газа. Эти шесть молекул соответствуют шести атомам углерода в глюкозе, которые изначально использовались при гликолозе.

Цитохромы (клеточные пигменты) и коферменты в митохондриях образуют систему транспорта электронов.

Электроны, взятые из НАД, переносятся через эти молекулы-носители и переносят молекулы. В определенные моменты в системе протоны в форме атомов водорода из НАДН переносятся через мембрану и высвобождаются во внешнюю область митохондрий. Кислород - последний акцептор электронов в цепи. Когда он получает электрон, кислород связывается с выделившимся водородом с образованием воды.