Jak oddychanie komórkowe i fotosynteza są prawie przeciwnymi procesami?

Zawartość

• Fotosynteza
• Jak działa fotosynteza
• Oddychania komórkowego
• Cykl Krebsa
• Łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna
• Oddychanie komórkowe: przeciwieństwo fotosyntezy

Oddychanie komórek i fotosynteza są zasadniczo przeciwnymi procesami. Fotosynteza to proces, w którym organizmy wytwarzają związki wysokoenergetyczne - w szczególności glukozę cukrową - poprzez chemiczną „redukcję” dwutlenku węgla (CO₂). Z kolei oddychanie komórkowe obejmuje rozkład glukozy i innych związków poprzez chemiczne „utlenianie”. Fotosynteza zużywa CO₂ i wytwarza tlen. Oddychanie komórkowe zużywa tlen i wytwarza CO₂.

Fotosynteza

W fotosyntezie energia ze światła jest przekształcana w energię chemiczną wiązań między atomami, które zasilają procesy w komórkach. Fotosynteza pojawiła się w organizmach 3,5 miliarda lat temu, ewoluowała złożone mechanizmy biochemiczne i biofizyczne, a dziś występuje w roślinach i organizmach jednokomórkowych. To z powodu fotosyntezy ziemska atmosfera i morza zawierają tlen.

Jak działa fotosynteza

W fotosyntezie CO₂ i światło słoneczne są wykorzystywane do produkcji glukozy (cukru) i tlenu cząsteczkowego (O₂). Ta reakcja zachodzi przez kilka etapów w dwóch etapach: faza jasna i faza ciemna.

W fazie lekkiej energia ze światła napędza reakcje, które rozszczepiają wodę w celu uwolnienia tlenu. W procesie tym powstają cząsteczki wysokoenergetyczne, ATP i NADPH. Wiązania chemiczne w tych związkach magazynują energię. Tlen jest produktem ubocznym, a ta faza fotosyntezy jest przeciwieństwem fosforylacji oksydacyjnej procesu oddychania komórkowego, omówionego poniżej, w którym zużywa się tlen.

Ciemna faza fotosyntezy znana jest również jako Cykl Calvina. W tej fazie, która wykorzystuje produkty fazy lekkiej, CO₂ służy do produkcji cukru, glukozy.

Oddychania komórkowego

Oddychanie komórkowe to biochemiczny rozkład substratu przez utlenianie, w którym elektrony są przenoszone z substratu do „akceptora elektronów”, którym może być dowolny z różnych związków lub atomów tlenu. Jeśli substrat jest związkiem zawierającym węgiel i tlen, takim jak glukoza, dwutlenek węgla (CO₂) powstaje w wyniku glikolizy, czyli rozpadu glukozy.

Glikoliza zachodząca w cytoplazmie komórki rozbija glukozę na pirogronian, bardziej „utleniony” związek. Jeśli obecna jest wystarczająca ilość tlenu, pirogronian przenosi się do wyspecjalizowanych organelli zwanych mitochondriami. Tam rozkłada się na octan i CO₂. CO₂ jest zwolniony. Octan wchodzi do układu reakcyjnego znanego jako Cykl Krebsa.

Cykl Krebsa

W cyklu Krebsa octan jest dalej rozkładany, tak że jego pozostałe atomy węgla są uwalniane jako CO₂. Jest to przeciwieństwo jednego aspektu fotosyntezy, wiązania węgli z CO₂ razem, aby zrobić cukier. Oprócz CO₂, Cykl Krebsa i glikoliza zużywają energię z wiązań chemicznych substratów (takich jak glukoza) do tworzenia związków wysokoenergetycznych, takich jak ATP i GTP, które są wykorzystywane przez układy komórkowe. Wytwarzane są również wysokoenergetyczne, zredukowane związki: NADH i FADH2. Związki te są środkami, za pomocą których elektrony, które utrzymują energię pochodzącą początkowo z glukozy lub innego związku spożywczego, są przenoszone do następnego procesu, zwanego łańcuchem transportu elektronów.

Łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna

W łańcuchu transportu elektronów, który w komórkach zwierzęcych znajduje się głównie na wewnętrznych błonach mitochondriów, zredukowane produkty, takie jak NADH i FADH2, są wykorzystywane do tworzenia gradientu protonów - nierównowagi w stężeniu niesparowanych atomów wodoru po jednej stronie membrana kontra druga. Z kolei gradient protonów napędza wytwarzanie większej ilości ATP w procesie zwanym fosforylacją oksydacyjną.

Oddychanie komórkowe: przeciwieństwo fotosyntezy

Ogólnie rzecz biorąc, fotosynteza obejmuje energetyzowanie elektronów energią świetlną w celu zmniejszenia (dodania elektronów) CO2 w celu zbudowania większego związku (glukozy), wytwarzając tlen jako produkt uboczny. Z drugiej strony oddychanie komórkowe polega na usuwaniu elektronów z substratu (na przykład glukozy), co oznacza utlenianie, a proces ten ulega degradacji, tak że jego atomy węgla są uwalniane jako CO2, podczas gdy tlen jest zużywany . Zatem fotosynteza i oddychanie komórkowe są prawie przeciwnymi procesami biochemicznymi.