Cikel fotosinteze in celičnega dihanja se uporablja za proizvodnjo uporabne energije za rastline in druge organizme. Ti procesi se dogajajo na molekularni ravni znotraj celic organizmov. Na tej lestvici se molekule, ki vsebujejo energijo, prenašajo skozi presnovne procese, ki dajejo energijo, ki jo je mogoče takoj uporabiti. Takšen vir energije nastane v fotosintezi; druga je shranjena kot baterija kot pri celičnem dihanju.
Presnova fotosinteze
Rastline prejemajo svetlobno energijo skozi majhne pore na svojih listih, imenovane stomate, in jo pretvorijo v organele, imenovane kloroplasti, ki se nahajajo v rastlinskih celicah v listih in zelenih steblih. Organele so specializirani deli celice, ki delujejo na organski način. Pri tem se energija pretvori v ogljikove hidrate, kot sta glukoza in molekularni kisik, ogljikov dioksid in voda.
Fotosinteza je dvodelni presnovni proces. Dva dela biokemične poti fotosinteze sta reakcija vezave energije in reakcija vezave ogljika. Prvi proizvaja molekule adenozin trifosfata (ATP) in nikotinamid adenin dinukleaotid fosfat vodik (NADPH). Obe molekuli vsebujeta energijo in se uporabljata v reakciji vezave ogljika za tvorbo glukoze.
Reakcija pritrjevanja energije
V reakciji fiksiranja energije pri fotosintezi se elektroni prenašajo skozi koencime in molekule, kjer sproščajo svojo energijo. Večina elektronov se prenaša vzdolž verige, vendar se del te energije porabi za premikanje protonov v obliki vodika po tilakoidni membrani znotraj kloroplasta. Zadržana energija se nato uporabi za sintezo ATP in NADPH.
Reakcija fiksiranja ogljika
Med reakcijo vezave ogljika se energija ATP in NADPH, ki nastane v reakciji vezave energije, porabi za pretvorbo ogljikovih hidratov v glukozo in druge sladkorje ter organske snovi. To se zgodi skozi Calvinov cikel, imenovan po raziskovalcu Melvinu Calvinu. V ciklu se uporablja ogljikov dioksid, pridobljen iz ozračja. Vodik iz NADPH, ogljik iz ogljikovega dioksida in kisik iz vode tvorijo molekule glukoze, označene s C6H12O6.
Celično dihanje
Organizmi s pomočjo celičnega dihanja pretvarjajo ogljikove hidrate v energijo, ta proces pa se zgodi v citoplazmi celice. Energija, ki se sprosti iz ogljikovih hidratov, je shranjena v molekulah ATP. Te molekule nastanejo z uporabo energije, pridobljene iz ogljikovih hidratov, da združijo molekule adenozin difosfata (ADP) in fosfatne ione. Celice nato to shranjeno energijo uporabljajo za različne energijsko odvisne procese.
Med celičnim dihanjem nastajata tudi voda in ogljikov dioksid. Proces, ki daje tri izdelke, je sestavljen iz štirih delov: glikoloze, Krebsovega cikla, elektronskega transportnega sistema in kemiosmoze.
Glikoloza: razgradnja glukoze
Med glikolozo se glukoza razgradi na dve molekuli piruvične kisline. Med tem postopkom nastaneta dve molekuli ATP. Med glikolozo dobimo tudi dve molekuli nikotinamid adenin dinukleotida (NADH), ki jih bomo uporabili v elektronskem transportnem sistemu.
Krebsov cikel
V Krebsovem ciklu se za tvorbo NADH uporabljata dve molekuli piruvične kisline, ki nastaneta med glikolozo. To se zgodi, ko se NAD doda vodik. Med Krebsovim ciklom nastaneta tudi dve molekuli ATP.
Atomi ogljika, ki se sprostijo v procesu, se kombinirajo s kisikom in tvorijo ogljikov dioksid. Ko je cikel končan, se sprosti šest molekul ogljikovega dioksida. Teh šest molekul ustreza šestim atomom ogljika v glukozi, ki so bili prvotno uporabljeni pri glikolozi.
Elektronski transportni sistem
Citohromi (celični pigmenti) in koencimi v mitohondrijih tvorijo elektronski transportni sistem.
Elektroni, vzeti iz NAD, se prevažajo skozi te nosilce in prenašajo molekule. Na določenih točkah sistema se protoni v obliki atomov vodika iz NADH prepeljejo skozi membrano in spustijo v zunanje območje mitohondrijev. Kisik je zadnji sprejemnik elektronov v verigi. Ko prejme elektron, se kisik poveže s sproščenim vodikom in tvori vodo.
