De metaboliske veje i fotosyntese og cellulær respiration

Fotosyntese og cellulær respiration bruges til at producere brugbar energi til planter og andre organismer. Disse processer forekommer på molekylært niveau i cellerne af organismer. På denne skala sættes energiholdige molekyler gennem metaboliske processer, der giver energi, der kan bruges med det samme. En sådan energikilde produceres i fotosyntese; en anden er opbevaret som et batteri som i cellulær respiration.

Fotosyntese

Planter modtager lysenergi gennem små porer på deres blade kaldet stomata og konverterer det i organellerne kaldet chloroplasts, der ligger i plantecellerne i blade og grønne stilke. Organeller er specialiserede dele af en celle, der fungerer på en organlignende måde. Energien bruges i denne proces til at omdanne kuldioxid og vand til kulhydrater som glukose og molekylær oxygen.

Fotosyntese er en todelt metabolisk proces. De to veje er energifastgørelsesreaktionen og carbon-fikseringsreaktionen. Den første producerer adenosintrifosfat (ATP) og nikotinamid adenin dinucleaotidphosphat hydrogen (NADPH) molekyler. Begge molekyler indeholder energi og anvendes i karbonfiksereaktionen til dannelse af glucose.

Energi-fikseringsreaktion

I energisparende reaktion ved fotosyntese føres elektroner gennem coenzymer og molekyler hvor de frigiver deres energi. De fleste elektroner ledes langs kæden, men en del af denne energi bruges til at flytte protoner i form af hydrogen over thylakoidmembranen inde i chloroplast. Den tilbageholdte energi bruges derefter til at syntetisere ATP og NADPH.

Kulstoffastgørelsesreaktion

Under karbonfiksereaktionen er energien i ATP og NADPH produceret i energifastgørelsesreaktionen bruges til at omdanne kulhydrater til glukose og andre sukkerarter og organiske stoffer. Dette sker gennem Calvin-cyklen, der er opkaldt til forskeren Melvin Calvin. Cyklusen bruger kuldioxid erhvervet fra atmosfæren. Hydrogen fra NADPH, kulstof fra kuldioxid og ilt fra vand kombineres til dannelse af glucosemolekylerne betegnet som C6H12O6.

Cellulær respiration

Organer bruger cellulær respiration til at omdanne kulhydrater til energi. Denne proces forekommer i celleets cytoplasma. Energien frigivet fra kulhydrater opbevares i ATP molekyler. Disse molekyler dannes under anvendelse af den energi, der opnås fra kulhydrater for at kombinere adenosindifosfat (ADP) molekyler og phosphationer. Celler bruger derefter denne lagrede energi til forskellige energibesparende processer.

Også produceret under cellulær respiration er vand og kuldioxid. Processen, der giver disse tre produkter, består af fire dele: glycolose, Krebs-cyklen, elektrontransportsystemet og kemiosmosis.

Glykolose

Under glukose er glukosen opdelt i to pyruvsyre molekyler. To ATP-molekyler fremstilles under denne proces. To nikotinamid-adenindinukleotidmolekyler (NADH), som vil blive anvendt i elektrontransportsystemet, opnås også under glykolose.

Krebs-cyklus

I Krebs-cyklen produceres to molekyler pyruvsyre fremstillet under glycolose bruges til at danne NADH. Dette sker, når hydrogen tilsættes til NAD. Også produceret under Krebs-cyklen er to ATP-molekyler. Kulstofatomer frigivet i processen kombineres med oxygen for at danne carbondioxid. Seks carbondioxidmolekyler frigives, når cyklen er færdig. Disse seks molekyler svarer til de seks carbonatomer i glukose, der oprindeligt blev anvendt i glykolose.

Electron Transport System

Cytochromer (cellepigmenter) og coenzymer i mitokondrierne danner elektrontransportsystemet. Elektroner taget fra NAD transporteres gennem disse bærere og overføringsmolekyler. På bestemte punkter under systemet transporteres protoner i form af hydrogenatomer fra NADH over en membran og frigives i mitokondrierets ydre område. Oxygen er den sidste elektronacceptor i kæden. Når det modtager en elektron, binder oxygen med det frigivne hydrogen til dannelse af vand.