Різниця між аеробним та анаеробним фотосинтезом клітинного дихання

Аеробне дихання, анаеробне дихання та бродіння - це способи отримання живими клітинами енергії з джерел їжі. Хоча всі живі організми проводять один або кілька з цих процесів, на це здатна лише вибрана група організмів фотосинтез що дозволяє їм виробляти їжу із сонячного світла. Однак навіть у цих організмів їжа продукується фотосинтезом перетворюється в клітинну енергію за допомогою клітинного дихання.

Відмінною рисою аеробного дихання порівняно із шляхами бродіння є передумова кисню та набагато більший вихід енергії на молекулу глюкози.

Гліколіз є універсальним початковим шляхом проводиться в цитоплазмі клітин для розщеплення глюкози до хімічної енергії. Енергія, що виділяється з кожної молекули глюкози, використовується для приєднання фосфату до кожної з чотирьох молекул аденозину дифосфату (ADP) для отримання двох молекул аденозинтрифосфату (ATP) і додаткової молекули NADH.

Енергія, що зберігається у фосфатному зв’язку, використовується в інших клітинних реакціях і часто розглядається як енергетична «валюта» клітини. Однак, оскільки гліколіз вимагає надходження енергії з двох молекул АТФ, то чистий вихід гліколізу становить лише дві молекули АТФ на молекулу глюкози. Сама глюкоза під час гліколізу розщеплюється на піруват.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях у присутності кисню і дає більшість енергії для організмів, здатних до цього процесу. Піруват переміщується в мітохондрії і перетворюється на ацетил КоА, який потім поєднується з оксалоацетатом з отриманням лимонної кислоти на першій стадії цикл лимонної кислоти.

Подальші серії перетворюють лимонну кислоту назад в оксалоацетат і виробляють молекули, що несуть енергію, разом із способом, що називається NADH і FADH₂.

Кожен поворот циклу Кребса здатний продукувати одну молекулу АТФ і додаткові 17 молекул АТФ через електронно-транспортний ланцюг. Оскільки гліколіз дає дві молекули пірувату для використання в циклі Кребса, загальний вихід для аеробне дихання становить 36 АТФ на молекулу глюкози на додаток до двох АТФ, що виробляються під час гліколіз.

Кінцевим акцептором електронів під час транспортування електронів є кисень.

Не плутати з анаеробне дихання, бродіння відбувається за відсутності кисню в цитоплазмі клітин і перетворює піруват у відхідний продукт, виробляючи енергію, що несе молекули, необхідні для продовження гліколізу. Оскільки під час бродіння енергія отримується лише за рахунок гліколізу, загальний вихід на молекулу глюкози становить два АТФ.

Хоча виробництво енергії значно менше, ніж аеробне дихання, бродіння дозволяє перетворенню палива в енергію продовжуватись за відсутності кисню. Приклади бродіння включають молочнокисле бродіння у людей та інших тварин та етанольне бродіння дріжджами. Відходи або переробляються, коли організм знову переходить в аеробний стан, або видаляються з організму.

В анаеробному диханні, знайденому у деяких прокаріотів, використовується ланцюг переносу електронів аеробне дихання, але замість того, щоб використовувати кисень як кінцевий акцептор електронів, іншими елементами є використовується. Ці альтернативні акцептори включають нітрат, сульфат, сірку, діоксид вуглецю та інші молекули.

Ці процеси є важливим фактором кругообігу поживних речовин у ґрунтах, а також дозволяють цим організмам колонізувати території, непридатні для проживання іншими організмами.

На відміну від різних шляхів клітинного дихання, фотосинтез використовується рослинами, водоростями та деякими бактеріями для виробництва їжі, необхідної для метаболізму. У рослин фотосинтез відбувається в спеціалізованих структурах, які називаються хлоропластами, тоді як фотосинтезуючі бактерії зазвичай здійснюють фотосинтез уздовж мембранних розширень плазматичної мембрани.

Фотосинтез можна розділити на два етапи: світлозалежні реакції та світлонезалежні реакції.

Під час світлозалежні реакції, світлова енергія використовується для активізації електронів, вилучених з води, та отримання а протонний градієнт що, в свою чергу, виробляє молекули високої енергії, що підживлюють незалежні від світла реакції. Коли електрони відбираються від молекул води, молекули води розщеплюються на кисень і протони.

Протони вносять вклад в градієнт протонів, але кисень виділяється. Під час світлонезалежних реакцій енергія, що виробляється під час світлових реакцій, використовується для отримання молекул цукру з вуглекислого газу через процес, який називається цикл Кальвіна.

Цикл Кальвіна виробляє одну молекулу цукру на кожні шість молекул вуглекислого газу. У поєднанні з молекулами води, що використовуються в реакціях, що залежать від світла, загальною формулою для фотосинтезу є 6 год₂O + 6 CO₂ + світло → C₆H₁₂О₆ + 6 О₂.