Hücresel Solunum ve Fotosentez İşlemleri Nasıl Neredeyse Zıttır?

Hücre solunumu ve fotosentez esasen zıt süreçlerdir. Fotosentez, organizmaların karbondioksitin (CO2) kimyasal "indirgenmesi" yoluyla yüksek enerjili bileşikler - özellikle şeker glikozu - oluşturduğu süreçtir.₂). Hücresel solunum ise, kimyasal "oksidasyon" yoluyla glikoz ve diğer bileşiklerin parçalanmasını içerir. Fotosentez CO tüketir₂ ve oksijen üretir. Hücresel solunum oksijen tüketir ve CO üretir₂.

Fotosentezde, ışıktan gelen enerji, hücreler içinde işlemlere güç veren atomlar arasındaki bağların kimyasal enerjisine dönüştürülür. 3.5 milyar yıl önce organizmalarda ortaya çıkan fotosentez, karmaşık biyokimyasal ve biyofiziksel mekanizmalar geliştirmiş ve günümüzde bitkilerde ve tek hücreli organizmalarda meydana gelmektedir. Dünya atmosferinin ve denizlerinin oksijen içermesinin nedeni fotosentezdir.

Fotosentezde, CO₂ ve güneş ışığı glikoz (şeker) ve moleküler oksijen (O₂). Bu reaksiyon iki aşamada birkaç adımda gerçekleşir: aydınlık faz ve karanlık faz.

Işık fazında, ışıktan gelen enerji, suyu oksijeni serbest bırakmak için ayıran reaksiyonlara güç verir. Bu süreçte yüksek enerjili moleküller olan ATP ve NADPH oluşur. Bu bileşiklerdeki kimyasal bağlar enerjiyi depolar. Oksijen bir yan üründür ve fotosentezin bu aşaması, oksijenin tüketildiği aşağıda tartışılan hücresel solunum sürecinin oksidatif fosforilasyonunun tersidir.

Fotosentezin karanlık aşaması Calvin Döngüsü olarak da bilinir. Hafif fazın ürünlerinin kullanıldığı bu fazda, CO₂ şeker, glikoz yapmak için kullanılır.

Hücresel solunum, elektronların bulunduğu oksidasyon yoluyla bir substratın biyokimyasal olarak parçalanmasıdır. substrattan çeşitli bileşiklerden herhangi biri olabilen bir "elektron alıcısına" aktarılır veya oksijen atomlar. Substrat, glikoz, karbon dioksit (CO) gibi karbon ve oksijen içeren bir bileşik ise₂) glikozun parçalanması olan glikoliz yoluyla üretilir.

Bir hücrenin sitoplazmasında meydana gelen glikoliz, glikozu daha "oksitlenmiş" bir bileşik olan piruvata kadar parçalar. Yeterli oksijen varsa, piruvat mitokondri adı verilen özel organellere geçer. Orada asetat ve CO2'ye parçalanır.₂. CO₂ serbest bırakılır. Asetat, Krebs Döngüsü olarak bilinen bir reaksiyon sistemine girer.

Krebs Döngüsü'nde asetat daha da parçalanır, böylece kalan karbon atomları CO olarak salınır.₂. Bu, fotosentezin bir yönünün, karbonların CO2'den bağlanmasının tersidir.₂ şeker yapmak için birlikte. CO'ya ek olarak₂Krebs Döngüsü ve glikoliz, hücre sistemleri tarafından kullanılan ATP ve GTP gibi yüksek enerjili bileşikler oluşturmak için substratların (glukoz gibi) kimyasal bağlarından enerji kullanır. Ayrıca üretilen yüksek enerjili, indirgenmiş bileşiklerdir: NADH ve FADH2. Bu bileşikler, başlangıçta türetilen enerjiyi tutan elektronların glikoz veya başka bir gıda bileşiği, elektron taşıma adı verilen bir sonraki işleme aktarılır. Zincir.

Hayvan hücrelerinde çoğunlukla mitokondrinin iç zarlarında bulunan elektron taşıma zincirinde, indirgenmiş ürünler NADH ve FADH2, bir proton gradyanı oluşturmak için kullanılır - bir tarafında eşleşmemiş hidrojen atomlarının konsantrasyonunda bir dengesizlik. membran vs. diğeri. Proton gradyanı, oksidatif fosforilasyon adı verilen bir süreçte daha fazla ATP üretimini yönlendirir.

Genel olarak, fotosentez, daha büyük bir bileşik (glikoz) oluşturmak için CO2'yi azaltmak (elektron eklemek) için ışık enerjisiyle elektronların enerjilendirilmesini içerir ve bir yan ürün olarak oksijen üretir. Öte yandan hücresel solunum, elektronların bir substrattan (örneğin glikoz) alınmasını içerir. yani oksidasyon ve işlemde substrat bozulur, böylece karbon atomları CO2 olarak salınır, oksijen ise tüketildi. Bu nedenle, fotosentez ve hücresel solunum, neredeyse zıt biyokimyasal süreçlerdir.