Hvordan er cellulær respirasjon og fotosyntese nesten motsatte prosesser?

Innhold

• Fotosyntese
• Slik fungerer fotosyntese
• Cellular Respiration
• Krebs-syklusen
• Elektrontransportkjede og oksidativ fosforylering
• Cellular Respiration: Det motsatte av fotosyntesen

Celle respirasjon og fotosyntesen er i hovedsak motsatte prosesser. Fotosyntese er prosessen der organismer lager høye energiforbindelser - spesielt sukkerglukosen - gjennom den kjemiske "reduksjonen" av karbondioksid (CO)₂). Cellulær respirasjon involverer derimot nedbrytning av glukose og andre forbindelser gjennom kjemisk "oksidasjon". Fotosyntese forbruker CO₂ og produserer oksygen. Cellulær respirasjon bruker oksygen og produserer CO₂.

Fotosyntese

I fotosyntesen omdannes energi fra lys til kjemisk energi av bindinger mellom atomer som driver prosesser i celler. Fotosyntese dukket opp i organismer for 3,5 milliarder år siden, har utviklet komplekse biokjemiske og biofysiske mekanismer, og forekommer i dag i planter og encellede organismer. Det er på grunn av fotosyntesen at jordens atmosfære og hav inneholder oksygen.

Slik fungerer fotosyntese

I fotosyntesen, CO₂ og sollys brukes til å produsere glukose (sukker) og molekylært oksygen (O₂). Denne reaksjonen finner sted gjennom flere trinn i to trinn: lysfasen og den mørke fasen.

I lysfasen driver energi fra lys reaksjoner som deler vann for å frigjøre oksygen. I prosessen dannes høyenergimolekyler, ATP og NADPH. De kjemiske bindingene i disse forbindelsene lagrer energien. Oksygen er et biprodukt, og denne fasen av fotosyntesen er motsatt av oksidativ fosforylering av den cellulære respirasjonsprosessen, diskutert nedenfor, der oksygen forbrukes.

Den mørke fasen av fotosyntesen er også kjent som Calvin Cycle. I denne fasen, som bruker produktene fra lettfasen, CO₂ brukes til å lage sukker, glukose.

Cellular Respiration

Cellulær respirasjon er den biokjemiske nedbrytningen av et substrat gjennom oksidasjon, der elektroner overføres fra underlaget til en "elektronakseptor", som kan være hvilken som helst av en rekke forbindelser, eller oksygenatomer. Hvis underlaget er en karbon- og oksygenholdig forbindelse, for eksempel glukose, karbondioksid (CO₂) produseres gjennom glykolyse, nedbrytning av glukose.

Glykolyse, som finner sted i cytoplasma av en celle, bryter glukose ned til pyruvat, en mer "oksidert" forbindelse. Hvis nok oksygen er til stede, flytter pyruvat inn i spesialiserte organeller kalt mitokondrier. Der blir den brutt ned til acetat og CO₂. CO₂ er utgitt. Acetatet går inn i et reaksjonssystem kjent som Krebs Cycle.

Krebs-syklusen

I Krebs-syklusen brytes acetat ytterligere ned slik at de gjenværende karbonatomer frigjøres som CO₂. Dette er motsatt av ett aspekt ved fotosyntesen, bindingen av karbon fra CO₂ sammen for å lage sukker. I tillegg til CO₂, Krebs Cycle og glykolyse bruker energi fra de kjemiske bindingene til underlag (for eksempel glukose) for å danne høyeenergiforbindelser som ATP og GTP, som brukes av cellesystemer. Også produsert er høyeenergi, reduserte forbindelser: NADH og FADH2. Disse forbindelsene er midlene som elektronene, som holder energien som stammer fra glukose eller en annen matforbindelse, overføres til neste prosess, kalt elektrontransportkjeden.

Elektrontransportkjede og oksidativ fosforylering

I elektrontransportkjeden, som i dyreceller stort sett befinner seg på de indre membranene i mitokondriene, brukes reduserte produkter som NADH og FADH2 for å skape en protongradient - en ubalanse i konsentrasjonen av uparede hydrogenatomer på den ene siden av membran vs. den andre. Protongradienten på sin side driver produksjonen av mer ATP, i en prosess som kalles oksidativ fosforylering.

Cellular Respiration: Det motsatte av fotosyntesen

Totalt sett innebærer fotosyntesen energisering av elektroner ved hjelp av lysenergi for å redusere (legge elektroner til) CO2 for å bygge en større forbindelse (glukose), og produsere oksygen som et biprodukt. Cellulær respirasjon derimot innebærer å ta elektroner bort fra et underlag (for eksempel glukose), det vil si oksidasjon, og i prosessen blir underlaget nedbrutt slik at karbonatomer frigjøres som CO2, mens oksygen forbrukes . Dermed er fotosyntese og cellulær respirasjon nesten motsatte biokjemiske prosesser.