Hur är cellulär andning och fotosyntes nästan motsatta processer?

Cellandning och fotosyntes är i huvudsak motsatta processer. Fotosyntes är den process genom vilken organismer framställer högenergiföreningar - särskilt sockerglukos - genom kemisk "minskning" av koldioxid (CO₂). Cellandning å andra sidan innebär nedbrytning av glukos och andra föreningar genom kemisk "oxidation". Fotosyntes förbrukar CO₂ och producerar syre. Cellandning förbrukar syre och producerar CO₂.

I fotosyntes omvandlas energi från ljus till kemisk energi av bindningar mellan atomer som driver processer i celler. Fotosyntes uppstod i organismer för 3,5 miljarder år sedan, har utvecklats av komplexa biokemiska och biofysiska mekanismer, och förekommer idag i växter och encelliga organismer. Det är på grund av fotosyntesen att jordens atmosfär och hav innehåller syre.

I fotosyntes, CO₂ och solljus används för att producera glukos (socker) och molekylärt syre (O₂). Denna reaktion äger rum genom flera steg i två steg: den ljusa fasen och den mörka fasen.

I ljusfasen driver energi från ljus till reaktioner som delar vatten för att frigöra syre. I processen bildas högenergimolekyler, ATP och NADPH. De kemiska bindningarna i dessa föreningar lagrar energin. Syre är en biprodukt, och denna fas av fotosyntes är motsatsen till oxidativ forylering av den cellulära andningsprocessen, som diskuteras nedan, där syre konsumeras.

Den mörka fasen av fotosyntes är också känd som Calvin Cycle. I denna fas, som använder produkterna från ljusfasen, CO₂ används för att göra socker, glukos.

Cell andning är den biokemiska nedbrytningen av ett substrat genom oxidation, där elektroner är överfördes från substratet till en "elektronacceptor", som kan vara vilken som helst av en mängd olika föreningar eller syre atomer. Om substratet är en kol- och syreinnehållande förening, såsom glukos, koldioxid (CO₂) produceras genom glykolys, nedbrytningen av glukos.

Glykolys, som äger rum i cytoplasman i en cell, bryter ner glukos till pyruvat, en mer "oxiderad" förening. Om det finns tillräckligt med syre, flyttar pyruvat till specialiserade organeller som kallas mitokondrier. Där bryts det ner i acetat och CO₂. Kompaniet₂ är släppt. Acetatet går in i ett reaktionssystem som kallas Krebs-cykeln.

I Krebs-cykeln bryts acetat ned ytterligare så att dess återstående kolatomer frigörs som CO₂. Detta är motsatsen till en aspekt av fotosyntes, bindningen av kol från CO₂ tillsammans för att göra socker. Förutom CO₂, Krebs-cykeln och glykolys använder energi från substratets kemiska bindningar (såsom glukos) för att bilda högenergiföreningar såsom ATP och GTP, som används av cellsystem. Dessutom produceras högenergi, reducerade föreningar: NADH och FADH2. Dessa föreningar är det sätt på vilket elektroner, som håller den energi som ursprungligen härrör från glukos eller annan livsmedelsförening, överförs till nästa process, kallad elektrontransport kedja.

I elektrontransportkedjan, som i djurceller mestadels ligger på mitokondriernas inre membran, reducerade produkter såsom NADH och FADH2 används för att skapa en protongradient - en obalans i koncentrationen av oparade väteatomer på ena sidan av membran vs. den andra. Protongradienten driver i sin tur produktionen av mer ATP, i en process som kallas oxidativ fosforylering.

Sammantaget involverar fotosyntesenergi av elektroner med ljusenergi för att minska (lägga elektroner till) CO2 för att bygga en större förening (glukos), producera syre som en biprodukt. Cellandning å andra sidan innebär att elektroner tas bort från ett substrat (till exempel glukos), vilket är säg oxidation, och under processen bryts substratet så att dess kolatomer frigörs som CO2, medan syre förbrukad. Således är fotosyntes och cellulär andning nästan motsatta biokemiska processer.