Hvordan er cellulær respiration og fotosyntese næsten modsatte processer?

Cellulær respiration og fotosyntese er i det væsentlige modsatte processer. Fotosyntese er den proces, hvormed organismer gør høj energi forbindelser - især sukker glukose - gennem den kemiske "reduktion" af kuldioxid (CO2). Cellulær respiration involverer på den anden side nedbrydning af glucose og andre forbindelser gennem kemisk "oxidation". Fotosyntese forbruger CO2 og producerer ilt. Cellular respiration forbruger ilt og producerer CO2.

Fotosyntese

I fotosyntese omdannes energi fra lys til kemisk energi af bindinger mellem atomer, der strømmer i celler. Fotosyntese opstod i organismer for 3,5 milliarder år siden, har udviklet komplekse biokemiske og biofysiske mekanismer og forekommer i dag i planter og enkeltcellede organismer. Det er på grund af fotosyntese, at jordens atmosfære og hav indeholder oxygen.

Hvordan fotosyntese fungerer

I fotosyntese bruges CO2 og sollys til at producere glucose (sukker) og molekylær oxygen (O2). Denne reaktion finder sted gennem flere trin i to faser: lysfasen og den mørke fase.

I lysfasen får energi fra lys reaktioner, der splitter vand for at frigive ilt. I processen dannes højenergimolekyler, ATP og NADPH. De kemiske bindinger i disse forbindelser opbevarer energien. Oxygen er et biprodukt, og denne fase af fotosyntese er det modsatte af oxidativ fosforylering af den cellulære respirationsproces, der diskuteres nedenfor, hvor ilt er forbrugt.

Den fotosynteses mørke fase er også kendt som Calvin Cycle. I denne fase, der bruger produkterne i lysfasen, bruges CO2 til at gøre sukker, glukose.

Cellulær respiration

Cellulær respiration er den biokemiske nedbrydning af et substrat gennem oxidation, hvor elektroner overføres fra substratet til en "elektronacceptor", der kan være en hvilken som helst af en række forbindelser eller oxygenatomer. Hvis substratet er en carbon- og iltholdig forbindelse, som glucose, produceres carbondioxid (CO2) gennem glycolyse, nedbrydning af glucose.

Glycolyse, som finder sted i cytoplasma af en celle, bryder glukose ned til pyruvat, en mere "oxideret" forbindelse. Hvis der er tilstrækkelig ilt til stede, flyttes pyruvat til specialiserede organeller kaldet mitokondrier. Der er opdelt i acetat og CO2. CO2 er releasd. Acetatet går ind i et reaktionssystem kendt som Krebs-cyklen.

Krebs-cyklen

I Krebs-cyklen nedbrydes acetatet yderligere, så dets resterende carbonatomer frigives som CO2. Dette er modsat af et aspekt af fotosyntese, binding af carbon fra CO2 sammen til fremstilling af sukker. Ud over CO2 bruger Krebs-cyklussen og glycolysen energi fra substraternes kemiske bindinger (såsom glucose) til dannelse af høj-energiforbindelser, såsom ATP og GTP, som anvendes af cellesystemer. Også produceret er høj energi, reducerede forbindelser: NADH og FADH2. Disse forbindelser er de midler, hvorpå elektroner, der holder den energi, der oprindeligt er afledt af glucose eller en anden fødevareforbindelse, overføres til den næste proces, kaldet elektrontransportkæden.

Elektronisk transportkæde og oxidativ phosphorylering

I elektrontransportkæden, som i dyreceller er placeret hovedsagelig på mitokondrierens indre membraner, anvendes reducerede produkter som NADH og FADH2 til at skabe en protongradient - en ubalance i koncentrationen af ​​uparvede hydrogenatomer på en side af membranen vs. den anden. Protongradienten driver igen produktion af mere ATP i en proces kaldet oxidativ phosphorylering.

Generelle effekter

Samlet set involverer fotosyntese energien af ​​elektroner ved hjælp af lysenergi for at reducere (tilføj elektroner til) CO2 til at opbygge en større forbindelse (glucose), der producerer ilt som et biprodukt. Cellulær respiration involverer på den anden side at tage elektroner væk fra et substrat (f.eks. Glucose), det vil sige oxidation, og i processen nedbrydes substratet således, at dets carbonatomer frigives som CO2, mens ilt forbruges . Således er fotosyntese og cellulær oxidation næsten modsatte biokemiske processer.