Razlika med aerobno in anaerobno celično dihalno fotosintezo

Aerobno dihanje, anaerobno dihanje in fermentacija so metode, s katerimi žive celice proizvajajo energijo iz virov hrane. Medtem ko vsi živi organizmi izvajajo enega ali več teh procesov, je to sposobna le izbrana skupina organizmov fotosinteza kar jim omogoča pridelavo hrane iz sončne svetlobe. Vendar tudi v teh organizmih hrana nastane s fotosintezo se s celičnim dihanjem pretvori v celično energijo.

Značilnost aerobnega dihanja v primerjavi s fermentacijskimi potmi je predpogoj za kisik in veliko večji donos energije na molekulo glukoze.

Glikoliza je univerzalna začetna pot ki se izvajajo v citoplazmi celic za razgradnjo glukoze v kemično energijo. Energija, ki se sprosti iz vsake molekule glukoze, se uporablja za pritrditev fosfata na vsako od štirih molekul adenozin difosfat (ADP), da dobimo dve molekuli adenozin trifosfata (ATP) in dodatno molekulo NADH.

Energija, shranjena v fosfatni vezi, se uporablja v drugih celičnih reakcijah in je pogosto obravnavana kot energijska "valuta" celice. Ker pa glikoliza zahteva vnos energije iz dveh molekul ATP, je neto donos glikolize le dve molekuli ATP na molekulo glukoze. Sama glukoza se med glikolizo razgradi v piruvat.

Aerobno dihanje se v mitohondrijih pojavlja v prisotnosti kisika in daje večino energije za organizme, ki so sposobni za ta proces. Piruvat se premakne v mitohondrije in pretvori v acetil CoA, ki se nato kombinira z oksaloacetatom, da nastane citronska kislina v prvi fazi cikel citronske kisline.

Naslednja serija pretvori citronsko kislino nazaj v oksaloacetat in tvori molekule, ki prenašajo energijo, skupaj z načinoma, imenovanima NADH in FADH₂.

Vsak obrat Krebsovega cikla lahko proizvede eno molekulo ATP in dodatnih 17 molekul ATP skozi verigo prenosa elektronov. Ker glikoliza daje dve molekuli piruvata za uporabo v Krebsovem ciklu, skupni donos za aerobno dihanje je 36 ATP na molekulo glukoze poleg dveh ATP, proizvedenih med glikoliza.

Končni akceptor elektronov med verigo prenosa elektronov je kisik.

Ne gre zamenjati z anaerobno dihanje, fermentacija poteka v odsotnosti kisika v citoplazmi celic in pretvori piruvat v odpadni produkt, da proizvede molekule, ki prenašajo energijo, potrebno za nadaljevanje glikolize. Ker je med fermentacijo edina energija, ki nastane z glikolizo, je skupni donos na molekulo glukoze dva ATP.

Proizvodnja energije je sicer bistveno manjša od aerobnega dihanja, vendar fermentacija omogoča pretvorbo goriva v energijo, če ni kisika. Primeri fermentacije vključujejo mlečnokislinsko fermentacijo pri ljudeh in drugih živalih ter fermentacija etanola s kvasom. Odpadki se bodisi reciklirajo, ko organizem ponovno preide v aerobno stanje, ali pa se odstranijo iz organizma.

Najdeno v izbranih prokariontih, anaerobno dihanje uporablja tudi elektronsko transportno verigo aerobno dihanje, ampak namesto da bi kisik uporabljali kot končni sprejemnik elektronov, so drugi elementi uporablja. Ti nadomestni akceptorji vključujejo nitrat, sulfat, žveplo, ogljikov dioksid in druge molekule.

Ti procesi pomembno prispevajo k kroženju hranilnih snovi v tleh, pa tudi omogočajo tem organizmom, da kolonizirajo območja, v katerih drugi organizmi ne bivajo.

Za razliko od različnih celičnih dihalnih poti rastline, alge in nekatere bakterije uporabljajo fotosintezo za proizvodnjo hrane, potrebne za presnovo. Pri rastlinah se fotosinteza pojavlja v specializiranih strukturah, imenovanih kloroplasti, medtem ko fotosintezne bakterije običajno izvajajo fotosintezo vzdolž membranskih podaljškov plazemske membrane.

Fotosintezo lahko razdelimo na dve stopnji: svetlobno odvisne reakcije in svetlobno neodvisne reakcije.

Med svetlobno odvisne reakcije, svetlobna energija se uporablja za energijo elektronov, odstranjenih iz vode, in tvori a protonski gradient ta pa proizvede molekule visoke energije, ki spodbujajo svetlobno neodvisne reakcije. Ko se elektroni odvzamejo iz molekul vode, se molekule vode razgradijo na kisik in protone.

Protoni prispevajo k protonskem gradientu, kisik pa se sprosti. Med svetlobno neodvisnimi reakcijami se energija, ki nastane med svetlobnimi reakcijami, porabi za tvorbo molekul sladkorja iz ogljikovega dioksida s postopkom, imenovanim Calvinov cikel.

Calvinov cikel proizvede eno molekulo sladkorja na vsakih šest molekul ogljikovega dioksida. V kombinaciji z molekulami vode, ki se uporabljajo pri reakcijah, odvisnih od svetlobe, je splošna formula za fotosintezo 6 H₂O + 6 CO₂ + luč → C₆H₁₂O₆ + 6 O.₂.