Ћелијско дисање и фотосинтеза су у основи супротни процеси. Фотосинтеза је процес којим организми стварају високоенергетска једињења - посебно шећер глукозу - хемијским „редуковањем“ угљен-диоксида (ЦО2). Ћелијско дисање, с друге стране, укључује разградњу глукозе и других једињења хемијском „оксидацијом“. Фотосинтеза троши ЦО2 и производи кисеоник. Ћелијско дисање троши кисеоник и производи ЦО2.
Фотосинтеза
У фотосинтези, енергија светлости претвара се у хемијску енергију веза између атома које напајају процесе унутар ћелија. Фотосинтеза се појавила у организмима пре 3,5 милијарде година, развила је сложене биохемијске и биофизичке механизме, а данас се јавља у биљкама и једноћелијским организмима. Земаљска атмосфера и мора садрже због фотосинтезе кисеоник.
Како делује фотосинтеза
У фотосинтези, ЦО2 а сунчева светлост се користи за производњу глукозе (шећера) и молекуларног кисеоника (О.2). Ова реакција се одвија кроз неколико корака у две фазе: светлосна и тамна фаза.
У светлосној фази енергија светлости покреће реакције које цепају воду да би ослободила кисеоник. У том процесу настају молекули високе енергије, АТП и НАДПХ. Хемијске везе у овим једињењима складиште енергију. Кисеоник је нуспродукт, а ова фаза фотосинтезе супротна је оксидативној фоспорилацији ћелијског процеса дисања, о којој се говори у наставку, у којој се троши кисеоник.
Тамна фаза фотосинтезе такође је позната и као Цалвинов циклус. У овој фази, која користи производе лаке фазе, ЦО2 користи се за производњу шећера, глукозе.
Ћелијско дисање
Ћелијско дисање је биохемијско распадање супстрата оксидацијом, где су електрони пребачен са подлоге на „акцептор електрона“, који може бити било које од различитих једињења, или кисеоник атома. Ако је подлога једињење које садржи угљеник и кисеоник, попут глукозе, угљен-диоксида (ЦО2) се производи гликолизом, разградњом глукозе.
Гликолиза, која се одвија у цитоплазми ћелије, разграђује глукозу до пирувата, више „оксидованог“ једињења. Ако је присутно довољно кисеоника, пируват прелази у специјализоване органеле зване митохондрије. Тамо се разлаже на ацетат и ЦО2. ЦО2 је пуштен. Ацетат улази у реакциони систем познат као Кребсов циклус.
Кребсов циклус
У Кребсовом циклусу, ацетат се даље разграђује тако да се његови преостали атоми угљеника ослобађају као ЦО2. Ово је супротно од једног аспекта фотосинтезе, везивања угљеника из ЦО2 заједно да направимо шећер. Поред ЦО2, Кребсов циклус и гликолиза користе енергију из хемијских веза супстрата (као што је глукоза) за стварање високоенергетских једињења као што су АТП и ГТП, која користе ћелијски системи. Такође се производе високоенергетска, редукована једињења: НАДХ и ФАДХ2. Ова једињења су начин на који електрони који држе енергију која је иницијално изведена глукоза или неко друго једињење хране, преносе се у следећи процес, који се назива пренос електрона ланац.
Ланац транспорта електрона и оксидативна фосфорилација
У ланцу транспорта електрона, који се у животињским ћелијама налази углавном на унутрашњим мембранама митохондрија, редуковани производи као нпр. НАДХ и ФАДХ2 се користе за стварање протонског градијента - неравнотеже у концентрацији неспарених атома водоника на једној страни мембрана вс. други. Градиент протона, заузврат, покреће производњу више АТП-а, у процесу који се назива оксидативна фосфорилација.
Ћелијско дисање: Супротно од фотосинтезе
Све у свему, фотосинтеза укључује енергизацију електрона светлосном енергијом ради смањења (додавања електрона) ЦО2 за изградњу већег једињења (глукозе), производећи кисеоник као нуспроизвод. Ћелијско дисање, с друге стране, укључује уклањање електрона са супстрата (глукозе, на пример), што значи рецимо оксидација, а при томе се супстрат разграђује тако да се његови атоми угљеника ослобађају као ЦО2, док се кисеоник конзумира. Дакле, фотосинтеза и ћелијско дисање су готово супротни биохемијски процеси.