Metaboliska vägar för fotosyntes och cellulär andning

Fotosyntesen och cellandningscykeln används för att producera användbar energi för växter och andra organismer. Dessa processer sker på molekylär nivå inuti organismernas celler. I denna skala sätts energiinnehållande molekyler genom metaboliska processer som ger energi som kan användas direkt. En sådan energikälla produceras i fotosyntesen; en annan lagras som ett batteri som i cellulär andning.

Växter får ljusenergi genom små porer på sina blad som kallas stomata och omvandlar den i organeller som kallas kloroplaster, som ligger i växtcellerna i bladen och gröna stjälkar. Organeller är specialiserade delar av en cell som fungerar på ett organliknande sätt. Energin används i denna process för att omvandla koldioxid och vatten till kolhydrater som glukos och molekylärt syre.

Fotosyntes är en tvådelad metabolisk process. De två delarna av den biokemiska vägen för fotosyntes är energifixeringsreaktionen och kolfixeringsreaktionen. Den första producerar adenosin trifosfat (ATP) och nikotinamid adenin dinukleaotid fosfat väte (NADPH) molekyler. Båda molekylerna innehåller energi och används i kolfixeringsreaktionen för att bilda glukos.

I den energifixerande reaktionen av fotosyntes passeras elektroner genom koenzymer och molekyler där de släpper ut sin energi. De flesta elektroner passeras längs kedjan, men en del av denna energi används för att flytta protoner i form av väte över tylakoidmembranet inuti kloroplasten. Den behållna energin används sedan för att syntetisera ATP och NADPH.

Under kolfixeringsreaktionen används energin i ATP och NADPH som produceras i energifixeringsreaktionen för att omvandla kolhydrater till glukos och andra sockerarter och organiska ämnen. Detta sker genom Calvin-cykeln, uppkallad efter forskaren Melvin Calvin. Cykeln använder koldioxid som erhållits från atmosfären. Väte från NADPH, kol från koldioxid och syre från vatten kombineras för att bilda glukosmolekylerna betecknade som C₆H₁₂O₆.

Organismer använder cellulär andning för att omvandla kolhydrater till energi, och denna process inträffar i cellens cytoplasma. Energin som frigörs från kolhydrater lagras i ATP-molekyler. Dessa molekyler bildas med hjälp av den energi som erhålls från kolhydrater för att kombinera adenosindifosfat (ADP) -molekyler och fosfatjoner. Celler använder sedan denna lagrade energi för olika energiberoende processer.

Vatten och koldioxid produceras också under cellulär andning. Processen som ger dessa tre produkter består av fyra delar: glykolos, Krebs-cykeln, elektrontransportsystemet och kemiosmos.

Under glykolos bryts glukos ner i två pyruvinsyramolekyler. Två ATP-molekyler produceras under denna process. Två nikotinamidadenindinukleotidmolekyler (NADH) som kommer att användas i elektrontransportsystemet ges också under glykolos.

I Krebs-cykeln används två molekyler pyruvinsyra som produceras under glykolos för att bilda NADH. Detta inträffar när väte tillsätts till NAD. Två ATP-molekyler produceras också under Krebs-cykeln.

Kolatomer som frigörs i processen kombineras med syre för att bilda koldioxid. Sex koldioxidmolekyler frigörs när cykeln är klar. Dessa sex molekyler motsvarar de sex kolatomerna i glukos som ursprungligen användes vid glykolos.

Cytokromer (cellpigment) och koenzymer i mitokondrier bildar elektrontransportsystemet.

Elektroner som tas från NAD transporteras genom dessa bärar- och överföringsmolekyler. Vid vissa punkter under systemet transporteras protoner i form av väteatomer från NADH över ett membran och släpps ut i mitokondriernas yttre område. Syre är den sista elektronacceptorn i kedjan. När den tar emot en elektron binder syre till det frigjorda vätet för att bilda vatten.