การหายใจและการสังเคราะห์แสงของเซลล์เกือบจะตรงกันข้ามกับกระบวนการอย่างไร

การหายใจและการสังเคราะห์แสงของเซลล์นั้นเป็นกระบวนการที่ตรงกันข้าม การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตสร้างสารประกอบที่มีพลังงานสูง โดยเฉพาะน้ำตาลกลูโคส โดยผ่าน "การลด" ทางเคมีของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO)₂). ในทางกลับกัน การหายใจระดับเซลล์เกี่ยวข้องกับการสลายกลูโคสและสารประกอบอื่นๆ ผ่าน "ออกซิเดชัน" ทางเคมี การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้CO₂ และผลิตออกซิเจน การหายใจระดับเซลล์ใช้ออกซิเจนและผลิต CO₂.

ในการสังเคราะห์แสง พลังงานจากแสงจะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีของพันธะระหว่างอะตอมซึ่งให้พลังงานแก่กระบวนการภายในเซลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต 3.5 พันล้านปีก่อน มีการพัฒนากลไกทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ที่ซับซ้อน และปัจจุบันเกิดขึ้นในพืชและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เป็นเพราะการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ชั้นบรรยากาศและทะเลของโลกมีออกซิเจน

ในการสังเคราะห์แสง CO,₂ และแสงแดดใช้ในการผลิตกลูโคส (น้ำตาล) และโมเลกุลออกซิเจน (O₂). ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นผ่านหลายขั้นตอนในสองขั้นตอน: ระยะสว่างและระยะมืด

ในระยะแสง พลังงานจากปฏิกิริยาของพลังงานแสงจะแยกน้ำออกเพื่อปล่อยออกซิเจน ในกระบวนการนี้ จะเกิดโมเลกุลพลังงานสูง ATP และ NADPH พันธะเคมีในสารประกอบเหล่านี้เก็บพลังงานไว้ ออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ และระยะของการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ตรงกันข้ามกับ oxidative phosporylation ของกระบวนการหายใจของเซลล์ ดังที่อธิบายด้านล่างซึ่งใช้ออกซิเจน

ระยะมืดของการสังเคราะห์แสงเรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรคาลวิน ในเฟสนี้ซึ่งใช้ผลิตภัณฑ์ของเฟสแสงCO₂ ใช้ทำน้ำตาลกลูโคส

การหายใจระดับเซลล์เป็นการสลายทางชีวเคมีของสารตั้งต้นผ่านการเกิดออกซิเดชัน โดยที่อิเล็กตรอนคือ ถ่ายโอนจากสารตั้งต้นไปยัง "ตัวรับอิเล็กตรอน" ซึ่งสามารถเป็นสารประกอบต่างๆ หรือออกซิเจน อะตอม ถ้าซับสเตรตเป็นสารประกอบที่มีคาร์บอนและออกซิเจน เช่น กลูโคส คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ถูกผลิตขึ้นโดยกระบวนการไกลโคไลซิส การสลายกลูโคส

Glycolysis ซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ แบ่งกลูโคสออกเป็นไพรูเวต ซึ่งเป็นสารประกอบ "ออกซิไดซ์" มากกว่า หากมีออกซิเจนเพียงพอ ไพรูเวตจะเคลื่อนเข้าสู่ออร์แกเนลล์พิเศษที่เรียกว่าไมโตคอนเดรีย ที่นั่นจะถูกแบ่งออกเป็นอะซิเตทและCO₂. CO₂ ถูกปล่อย. อะซิเตทเข้าสู่ระบบปฏิกิริยาที่เรียกว่าวัฏจักรเครบส์

ในวงจร Krebs อะซิเตทจะแตกตัวออกไปอีกเพื่อให้อะตอมของคาร์บอนที่เหลืออยู่ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของ CO₂. สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับแง่มุมหนึ่งของการสังเคราะห์ด้วยแสง การผูกมัดของคาร์บอนจากCO₂ ร่วมกันทำน้ำตาล นอกจากCO₂, Krebs Cycle และ glycolysis ใช้พลังงานจากพันธะเคมีของซับสเตรต (เช่น กลูโคส) เพื่อสร้างสารประกอบที่มีพลังงานสูง เช่น ATP และ GTP ซึ่งใช้โดยระบบเซลล์ นอกจากนี้ยังมีการผลิตสารประกอบที่มีพลังงานสูงและลดลง: NADH และ FADH2 สารประกอบเหล่านี้เป็นวิธีการที่อิเล็กตรอนซึ่งเก็บพลังงานที่ได้มาจาก กลูโคสหรือสารประกอบอาหารอื่น ๆ จะถูกถ่ายโอนไปยังกระบวนการต่อไปที่เรียกว่าการขนส่งอิเล็กตรอน electron เชื่อมต่อ.

ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งในเซลล์สัตว์ส่วนใหญ่จะอยู่ที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย ผลิตภัณฑ์ลดลง เช่น NADH และ FADH2 ถูกใช้เพื่อสร้างการไล่ระดับโปรตอน ซึ่งเป็นความไม่สมดุลของความเข้มข้นของอะตอมไฮโดรเจนที่ไม่มีคู่ที่ด้านหนึ่งของ เมมเบรนเทียบกับ อื่น ๆ. ในทางกลับกัน การไล่ระดับโปรตอนจะขับเคลื่อนการผลิต ATP มากขึ้น ในกระบวนการที่เรียกว่าออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชัน

โดยรวมแล้ว การสังเคราะห์ด้วยแสงเกี่ยวข้องกับการเพิ่มพลังงานของอิเล็กตรอนด้วยพลังงานแสงเพื่อลด (เพิ่มอิเล็กตรอนลงใน) CO2 เพื่อสร้างสารประกอบที่ใหญ่ขึ้น (กลูโคส) ซึ่งผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ ในทางกลับกัน การหายใจระดับเซลล์เกี่ยวข้องกับการนำอิเล็กตรอนออกจากสารตั้งต้น (เช่น กลูโคส) ซึ่งก็คือ กล่าวคือออกซิเดชัน และในกระบวนการ ซับสเตรตจะถูกย่อยสลายเพื่อให้อะตอมของคาร์บอนถูกปลดปล่อยออกมาเป็น CO2 ในขณะที่ออกซิเจนนั้น บริโภค ดังนั้น การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจระดับเซลล์จึงเกือบจะตรงกันข้ามกับกระบวนการทางชีวเคมี