Fotosyntes vs. Cellulär andning i elektronflöde

Fotosyntes och cellandning är nästan kemiska spegelbilder av varandra. När jorden hade mycket mindre syre i luften använde fotosyntetiska organismer koldioxid och producerade syre som en biprodukt. Idag använder växter, alger och cyanobakterier denna liknande fotosyntesprocess. Alla andra organismer, inklusive djur, har utvecklats för att använda någon form av cellulär andning.

Både fotosyntes och cellulär andning använder omfattande utnyttjande av energin från strömmande elektroner för att driva syntesen av en produkt. I fotosyntes är huvudprodukten glukosmedan det i cellulär andning är det ATP (adenosintrifosfat).

Det finns en stor skillnad mellan andning inom eukaryota och prokaryota organismer. Växter och djur är båda eukaryota eftersom de har komplexa organeller i cellen. Växter använder till exempel fotosyntes vid tylakoidmembranet i en kloroplast.

Eukaryoter som använder cellulär andning har organeller anropade mitokondrier, som är ungefär som cellens kraftverk. Prokaryoter kan använda antingen fotosyntes eller cellulär andning, men eftersom de saknar komplexa organeller producerar de energi på enklare sätt. Denna artikel antar att det finns sådana organeller, eftersom vissa prokaryoter inte ens använder elektrontransportkedjan. Det vill säga, du kan anta att denna diskussion avser eukaryota celler (dvs. de från växter, djur och svampar).

I fotosyntes inträffar elektrontransportkedjan i början av processen, men den kommer i slutet av processen i cellulär andning. De två är dock inte helt analoga. Att bryta ner en förening är ju inte detsamma som att galvanisera produktionen av en förening.

Det viktiga att komma ihåg är att fotosyntetiska organismer försöker främja glukos som matkälla medan organismer som använder cellulär andning bryter ner glukos i ATP, som är den huvudsakliga energibäraren för cell.

Det är viktigt att komma ihåg att fotosyntes och cellandning sker i växtceller. Ofta misstas fotosyntes som en "version" av cellandningen än vad som förekommer i andra eukaryoter, men så är inte fallet.

Fotosyntes använder den energi som erhålls från ljus till fria elektroner från klorofyllpigmenten som samlar ljuset. Klorofyllmolekyler har ingen oändlig tillförsel av elektroner, så de återfår den förlorade elektronen från en vattenmolekyl. Det som återstår är elektroner och vätejoner (elektriskt laddade vätepartiklar). Syre skapas som en biprodukt, varför det utvisas i atmosfären.

I cellulär andning uppträder elektrontransportkedjan efter att glukos redan har bryts ned. Åtta molekyler av NADPH och två molekyler av FADH₂ förbli. Dessa molekyler är avsedda att donera elektroner och vätejoner till elektrontransportkedjan. Elektronernas rörelse galvaniserar vätejoner över mitokondrions membran.

Eftersom detta bildar en koncentration av vätejoner på ena sidan är de tvungna att flytta tillbaka till insidan av mitokondionen, vilket galvaniserar syntesen av ATP. I slutet av processen accepteras elektroner av syre, som sedan binder till vätejonerna för att producera vatten.

Det sista steget i cellulär andning speglar början av fotosyntes, som drar isär vatten och producerar elektroner, syre och vätejoner. Med hjälp av denna kunskap kan du också kunna förutsäga att fotosyntes involverar förflyttning av vätejoner över tylakoidmembranet för att galvanisera produktionen av ATP. Elektroner accepteras sedan av NADPH (men inte FADH₂ i fotosyntes). Dessa föreningar går in i en process som cellulär andning i omvänd ordning så att de kan syntetisera glukos för energianvändning i cellen.