Vad återvinns inte vid cellandning?

De dominerande formerna av synligt liv på jorden, växter och djur fungerar på ett kompletterande sätt, vilket definitivt inte är en tillfällighet.

Ett ämne som är viktigt för näring av växter är inte mer än en avfallsprodukt hos människor och andra djur, och a ämnen som kasseras som avfall från växter behövs av djur (och olika delar av samma växtcell) för aerob andning. Andra molekyler "konserveras" också på detta sätt.

De fyra ämnena som återvinns under fotosyntes och andning är: koldioxid (CO₂), som släpps ut som avfall i cellulär andning och används av växter för att framställa glukos, syre (O₂), som släpps ut som avfall av växter och tas in av djur för att tillåta cellandning att fortsätta, glukos (C₆H₁₂O₆), som konsumeras i cellulär andning och tillverkas av CO₂ i fotosyntes och vatten(H₂O), som är en avfallsprodukt från cellulär andning men krävs för fotosyntes och en mängd andra reaktioner.

I vissa former av cellandningenmen ämnen är inte återvinns i reaktionerna och anses därför vara avfall, även om detta inte nödvändigtvis betyder att människor inte har hittat användningar för detta "engångsmaterial".

Fotosyntes är hur växter, utan mun och matsmältningssystem i allmänhet, får mat. Genom att ta in koldioxidgas genom öppningar i deras blad som kallas stomi, införlivar de råvaran de behöver för att bygga glukos. En del av glukosen används av själva växten i cellulär andning, medan resten kan bli mat för djur.

Den första delen av fotosyntesen består av ljusreaktioner och kräver en ljuskälla för att fortsätta. Ljus slår strukturer inuti växtceller som kallas kloroplaster, som innehåller tylakoider, som i sin tur innehåller en grupp pigment som kallas klorofyll. Slutresultatet är skörd av energi för den andra delen av fotosyntesen och utsläpp av syrgas som avfall.

I mörka reaktioner, som inte behöver solljus (men inte påverkas negativt av det), kombineras koldioxid med en femkol förening som kallas ribulosa-1,5-bifosfat för att framställa en sex-kol-mellanprodukt, varav en del till slut blir glukos. Energin för denna fas kommer från ATP och NADPH i ljusreaktionerna.

Fotosyntesekvationen är:

6 CO₂ + 6 H₂O + ljusenergi → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Cellandning är fullständig oxidation av glukos i eukaryota celler.

Den innehåller fyra steg: glykolys, den syreoberoende omvandlingen av glukos till pyruvat; bryggreaktionen, som är oxidationen av pyruvat till acetylkoenzym A, Krebs-cykeln, som kombinerade acetyl CoA med oxaloacetat för att framställa en sexkolförening som så småningom omvandlas till oxaloacetat igen, vilket ger elektronbärare och ATP och elektron transport kedja, vilket är där det mesta av ATP för cellulär andning genereras.

De sista tre av dessa steg, innefattande aerob andning, förekommer i mitokondrierna, medan glykolys sker i cytoplasman. En vanlig missuppfattning är att växter genomgår fotosyntes istället för cellandningen; i själva verket använder de båda och använder den förra processen för att göra glukos som en input för den senare processen.

Den fullständiga ekvationen för cellulär andning är

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂→6 CO₂ + 6 H₂O + 36 (eller 38) ATP

När pyruvat inte kan bearbetas via de aeroba reaktionerna av cellulär andning, antingen för att det inte finns tillräckligt med syre eller om organismen saknar enzymerna för att använda det, jäsning är ett alternativ. Det här är vad som händer när du kör en sprint eller lyfter tunga vikter och går in i "syreskuld" från denna anaeroba övning.

I denna process av mjölksyrajäsning, som också förekommer i cytoplasman, omvandlas pyruvat till mjölksyra i en reduktionsreaktion som genererar NAD⁺ från NADH. Detta gör mer NAD⁺ tillgänglig för glykolys, som tillsammans med att avlägsna pyruvat från miljön tenderar att driva glykolys framåt. Laktat kan användas av vissa djurceller, men det anses i allmänhet vara en avfallsprodukt.

I jäst producerar jäsning tvåkolprodukten etanol istället för laktat. Medan det fortfarande är avfall, är det obestridligt att mänskliga samhällen skulle se väldigt annorlunda ut om det inte fanns någon etanol, den aktiva ingrediensen i alkoholhaltiga drycker världen över.