การสังเคราะห์ด้วยแสงกับการสังเคราะห์แสง การหายใจของเซลล์ในการไหลของอิเล็กตรอน

การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจระดับเซลล์เกือบจะเป็นภาพสะท้อนทางเคมีของกันและกัน เมื่อโลกมีออกซิเจนในอากาศน้อยกว่ามาก สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้ใช้คาร์บอนไดออกไซด์และผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ ทุกวันนี้ พืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรียใช้กระบวนการสังเคราะห์แสงที่คล้ายคลึงกันนี้ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งหมด รวมทั้งสัตว์ ได้พัฒนาเพื่อใช้การหายใจระดับเซลล์บางรูปแบบ

ทั้งการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจระดับเซลล์ใช้การควบคุมพลังงานจากอิเล็กตรอนที่ไหลเพื่อขับเคลื่อนการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์อย่างกว้างขวาง ในการสังเคราะห์ด้วยแสง ผลิตภัณฑ์หลักคือ กลูโคสในขณะที่การหายใจระดับเซลล์คือ ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต).

การหายใจภายในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอตและโปรคาริโอตมีความแตกต่างกันมาก พืชและสัตว์มีทั้งยูคาริโอตเพราะมีออร์แกเนลล์ที่ซับซ้อนภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่น พืชใช้ประโยชน์จากการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ภายใน a คลอโรพลาสต์.

ยูคาริโอตที่ใช้การหายใจระดับเซลล์มีออร์แกเนลล์ที่เรียกว่า ไมโตคอนเดรียซึ่งคล้ายกับสถานีพลังงานของเซลล์ โปรคาริโอตอาจใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงหรือการหายใจระดับเซลล์ แต่เนื่องจากพวกมันไม่มีออร์แกเนลล์ที่ซับซ้อน พวกมันจึงผลิตพลังงานด้วยวิธีที่ง่ายกว่า บทความนี้อนุมานถึงการมีอยู่ของออร์แกเนลล์ดังกล่าว เนื่องจากโปรคาริโอตบางตัวไม่ได้ใช้ประโยชน์จากห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนด้วยซ้ำ นั่นคือ คุณอาจถือว่าการสนทนานี้เกี่ยวข้องกับเซลล์ยูคาริโอต (เช่น เซลล์ของพืช สัตว์ และเชื้อรา)

ในการสังเคราะห์ด้วยแสง ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการ แต่มาที่จุดสิ้นสุดของกระบวนการในการหายใจระดับเซลล์ แม้ว่าทั้งสองจะไม่คล้ายคลึงกันอย่างสมบูรณ์ ท้ายที่สุด การทำลายสารประกอบนั้นไม่เหมือนกับการชุบสังกะสีการผลิตสารประกอบ

สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงพยายามกระตุ้นกลูโคสให้เป็นแหล่งอาหารในขณะที่ สิ่งมีชีวิตที่ใช้การหายใจระดับเซลล์จะแบ่งกลูโคสออกเป็น ATP ซึ่งเป็นพาหะพลังงานหลักของ เซลล์

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจระดับเซลล์เกิดขึ้นในเซลล์พืช บ่อยครั้งที่การสังเคราะห์ด้วยแสงถูกเข้าใจผิดว่าเป็น "รุ่น" ของการหายใจระดับเซลล์มากกว่าที่เกิดขึ้นในยูคาริโอตอื่น ๆ แต่นี่ไม่ใช่กรณี

การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้พลังงานที่ได้รับจากแสงเป็นอิเล็กตรอนอิสระจากเม็ดสีคลอโรฟิลล์ที่รวบรวมแสง โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ไม่มีอิเลคตรอนที่ไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นพวกมันจึงดึงอิเล็กตรอนที่หายไปจากโมเลกุลของน้ำกลับคืนมา สิ่งที่เหลืออยู่คืออิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออน (อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าของไฮโดรเจน) ออกซิเจนถูกสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้ซึ่งเป็นสาเหตุที่ถูกขับออกสู่ชั้นบรรยากาศ

ในการหายใจระดับเซลล์ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นหลังจากที่กลูโคสถูกทำลายลงแล้ว แปดโมเลกุลของ NADPH และสองโมเลกุลของ FADH₂ ยังคงอยู่ โมเลกุลเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อบริจาคอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออนให้กับห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทำให้เกิดไอออนไฮโดรเจนผ่านเยื่อหุ้มของไมโตคอนเดรีย

เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้เกิดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่ด้านหนึ่ง พวกมันจึงถูกบังคับให้ย้ายกลับไปที่ภายในของไมโตคอนเดรีย ซึ่งกระตุ้นการสังเคราะห์เอทีพี ในตอนท้ายของกระบวนการ ออกซิเจนจะยอมรับอิเล็กตรอน ซึ่งจะจับกับไฮโดรเจนไอออนเพื่อผลิตน้ำ

ขั้นตอนสุดท้ายในการหายใจระดับเซลล์สะท้อนจุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งดึงน้ำออกจากกันและผลิตอิเล็กตรอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนไอออน การใช้ความรู้นี้ คุณอาจสามารถทำนายได้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของไฮโดรเจนไอออนผ่านเยื่อหุ้มไทลาคอยด์เพื่อชุบการผลิตเอทีพี NADPH ยอมรับอิเล็กตรอนแล้ว (แต่ไม่ใช่ FADH₂ ในการสังเคราะห์แสง) สารประกอบเหล่านี้เข้าสู่กระบวนการเช่นเดียวกับการหายใจของเซลล์ในลักษณะย้อนกลับ เพื่อให้สามารถสังเคราะห์กลูโคสเพื่อใช้เป็นพลังงานภายในเซลล์ได้