Дыхание клеток и фотосинтез - это, по сути, противоположные процессы. Фотосинтез - это процесс, с помощью которого организмы производят высокоэнергетические соединения, в частности сахарную глюкозу, путем химического «восстановления» диоксида углерода (CO2). С другой стороны, клеточное дыхание включает расщепление глюкозы и других соединений посредством химического «окисления». Фотосинтез потребляет CO2 и производит кислород. Клеточное дыхание потребляет кислород и производит CO.2.
Фотосинтез
При фотосинтезе энергия света преобразуется в химическую энергию связей между атомами, которые приводят в действие процессы внутри клеток. Фотосинтез появился у организмов 3,5 миллиарда лет назад, развил сложные биохимические и биофизические механизмы, и сегодня происходит у растений и одноклеточных организмов. Именно из-за фотосинтеза атмосфера и моря Земли содержат кислород.
Как работает фотосинтез
При фотосинтезе CO2 и солнечный свет используются для производства глюкозы (сахара) и молекулярного кислорода (O
2). Эта реакция проходит в несколько этапов, состоящих из двух стадий: светлая фаза и темная фаза.В световой фазе энергия света приводит в действие реакции, которые расщепляют воду для выделения кислорода. При этом образуются высокоэнергетические молекулы АТФ и НАДФН. Химические связи в этих соединениях хранят энергию. Кислород является побочным продуктом, и эта фаза фотосинтеза противоположна окислительному фосфорилированию процесса клеточного дыхания, обсуждаемого ниже, при котором потребляется кислород.
Темная фаза фотосинтеза также известна как цикл Кальвина. На этой фазе, в которой используются продукты легкой фазы, CO2 используется для производства сахара, глюкозы.
Клеточное дыхание
Клеточное дыхание - это биохимический распад субстрата путем окисления, при котором электроны переносится с субстрата на «акцептор электронов», которым может быть любое из множества соединений или кислород атомы. Если субстрат представляет собой углерод- и кислородсодержащее соединение, такое как глюкоза, диоксид углерода (CO2) производится путем гликолиза, распада глюкозы.
Гликолиз, происходящий в цитоплазме клетки, расщепляет глюкозу до пирувата, более «окисленного» соединения. Если присутствует достаточно кислорода, пируват перемещается в специализированные органеллы, называемые митохондриями. Там он расщепляется на ацетат и CO.2. Сотрудничество2 выпущен. Ацетат попадает в реакционную систему, известную как цикл Кребса.
Цикл Кребса
В цикле Кребса ацетат расщепляется дальше, так что оставшиеся в нем атомы углерода высвобождаются в виде CO.2. Это противоположно одному аспекту фотосинтеза, связыванию углеродов из CO.2 вместе, чтобы сделать сахар. Помимо CO2, цикл Кребса и гликолиз используют энергию химических связей субстратов (таких как глюкоза) для образования высокоэнергетических соединений, таких как АТФ и ГТФ, которые используются клеточными системами. Также производятся высокоэнергетические восстановленные соединения: НАДН и ФАДН2. Эти соединения являются средством, с помощью которого электроны удерживают энергию, первоначально полученную от глюкоза или другое пищевое соединение переходят в следующий процесс, называемый переносом электронов. цепь.
Электронная транспортная цепь и окислительное фосфорилирование
В цепи переноса электронов, которая в клетках животных расположена в основном на внутренних мембранах митохондрий, восстанавливаются такие продукты, как НАДН и ФАДН2 используются для создания протонного градиента - дисбаланса концентрации неспаренных атомов водорода на одной стороне мембрана vs. другой. Протонный градиент, в свою очередь, стимулирует производство большего количества АТФ в процессе, называемом окислительным фосфорилированием.
Клеточное дыхание: противоположность фотосинтеза
В целом, фотосинтез включает в себя возбуждение электронов световой энергией для уменьшения (добавления электронов) CO2 для создания более крупного соединения (глюкозы), производящего кислород в качестве побочного продукта. С другой стороны, клеточное дыхание включает отвод электронов от субстрата (например, глюкозы), который должен скажем, окисление, и в процессе этого субстрат разлагается так, что его атомы углерода высвобождаются в виде СО2, в то время как кислород потребляется. Таким образом, фотосинтез и клеточное дыхание - почти противоположные биохимические процессы.