Vsebina
- Fotosinteza
- Kako deluje fotosinteza
- Celično dihanje
- Krebsov cikel
- Elektronska transportna veriga in oksidativna fosforilacija
- Celično dihanje: nasprotje fotosinteze
Celično dihanje in fotosinteza sta v bistvu nasprotni procesi. Fotosinteza je postopek, s katerim organizmi tvorijo visokoenergijske spojine - zlasti sladkorno glukozo - s pomočjo kemične "redukcije" ogljikovega dioksida (CO2). Po drugi strani celično dihanje vključuje razgradnjo glukoze in drugih spojin s kemično "oksidacijo". Fotosinteza porabi CO2 in proizvaja kisik. Celično dihanje porabi kisik in proizvaja CO2.
Fotosinteza
Pri fotosintezi se energija svetlobe pretvori v kemično energijo vezi med atomi, ki napajajo procese v celicah. Fotosinteza se je v organizmih pojavila pred 3,5 milijarde let, razvila je zapletene biokemijske in biofizikalne mehanizme, danes pa se pojavlja v rastlinah in enoceličnih organizmih. Zaradi fotosinteze Zemljina atmosfera in morja vsebujejo kisik.
Kako deluje fotosinteza
V fotosintezi CO2 sončna svetloba se uporablja za proizvodnjo glukoze (sladkorja) in molekularnega kisika (O)2). Ta reakcija poteka skozi več korakov v dveh stopnjah: svetlobna in temna faza.
V svetlobni fazi energija svetlobe sproži reakcije, ki razcepijo vodo in sprostijo kisik. V procesu nastajajo visokoenergijske molekule, ATP in NADPH. Kemične vezi v teh spojinah hranijo energijo. Kisik je stranski produkt, ta faza fotosinteze pa je nasprotje oksidativnega fosporilacije procesa celičnega dihanja, o katerem smo govorili spodaj, v katerem se porablja kisik.
Temna faza fotosinteze je znana tudi kot Calvin cikel. V tej fazi, ki uporablja izdelke svetlobne faze, CO2 se uporablja za izdelavo sladkorja, glukoze.
Celično dihanje
Celično dihanje je biokemični razpad substrata z oksidacijo, pri čemer se elektroni iz substrata prenašajo v "sprejemnik elektronov", ki je lahko katera koli od različnih spojin ali kisikovih atomov. Če je substrat spojina, ki vsebuje ogljik in kisik, kot so glukoza, ogljikov dioksid (CO2) nastane z glikolizo, razpadom glukoze.
Glikoliza, ki poteka v citoplazmi celice, razbije glukozo do piruvata, bolj "oksidirane" spojine. Če je prisotno dovolj kisika, se piruvat premakne v specializirane organele, imenovane mitohondrije. Tam se razgradi na acetat in CO2. CO2 je izpuščen. Acetat vstopi v reakcijski sistem, znan kot Krebsov cikel.
Krebsov cikel
V Krebsovem ciklu se acetat razgradi naprej, tako da se njegovi preostali ogljikovi atomi sprostijo kot CO2. To je v nasprotju z enim vidikom fotosinteze, vezavo ogljika iz CO2 skupaj, da naredimo sladkor. Poleg CO2, Krebsov cikel in glikoliza porabljajo energijo iz kemičnih vezi substratov (kot je glukoza), da tvorijo visokoenergijske spojine, kot sta ATP in GTP, ki jih uporabljajo celični sistemi. Proizvajajo se tudi visokoenergijske reducirane spojine: NADH in FADH2. Te spojine so sredstva, s katerimi se elektroni, ki zadržujejo energijo, ki je prvotno pridobljena iz glukoze ali druge živilske spojine, prenesejo v naslednji postopek, imenovan transportna veriga elektronov.
Elektronska transportna veriga in oksidativna fosforilacija
V verigi prenosa elektronov, ki je v živalskih celicah nameščena večinoma na notranjih membranah mitohondrijev, se zmanjšani produkti, kot sta NADH in FADH2, uporabljajo za gradnjo protonskega gradienta - neravnovesje koncentracije neparnih vodikovih atomov na eni strani membrana v primerjavi z drugo. Protonski gradient nato povzroči proizvodnjo več ATP-ja v procesu, ki se imenuje oksidativna fosforilacija.
Celično dihanje: nasprotje fotosinteze
Na splošno fotosinteza vključuje energijo elektronov s svetlobno energijo za zmanjšanje (dodajanje elektronov) CO2, da nastane večja spojina (glukoza), ki tvori kisik kot stranski produkt. Po drugi strani celično dihanje vključuje odvzemanje elektronov iz substrata (na primer glukoze), kar pomeni oksidacijo, pri čemer se substrat razgradi, tako da se njegovi ogljikovi atomi sprostijo kot CO2, medtem ko se porabi kisik . Tako sta fotosinteza in celično dihanje skoraj nasprotna biokemična procesa.