Cellulär andning och fotosyntes är väsentligen motsatta processer. Fotosyntes är processen med vilken organismer gör hög energi föreningar - i synnerhet socker glukosen - genom den kemiska "reduktionen" av koldioxid (CO2). Cellåtergivning, å andra sidan, innefattar uppdelning av glukos och andra föreningar genom kemisk "oxidation". Fotosyntes förbrukar CO2 och producerar syre. Cell respiration förbrukar syre och producerar CO2.

Fotosyntes

I fotosyntes omvandlas energi från ljus till kemisk energi av bindningar mellan atomer som driver processer inom celler. Fotosyntesen uppstod i organismer för 3,5 miljarder år sedan, har utvecklats komplexa biokemiska och biofysiska mekanismer och förekommer idag i växter och enskilda celler. Det är på grund av fotosyntes att jordens atmosfär och hav innehåller syre.

Hur fotosyntes fungerar

I fotosyntes används CO2 och solljus för att producera glukos (socker) och molekylärt syre (O2). Denna reaktion sker genom flera steg i två steg: ljusfasen och den mörka fasen.

I ljusfasen ger energi från ljus reaktioner som delar vatten för att släppa ut syre. Under processen bildas högenergimolekyler, ATP och NADPH. De kemiska bindningarna i dessa föreningar lagrar energin. Syre är en biprodukt, och denna fas av fotosyntes är motsatt av oxidativ fosforylering av cellulär andningsprocessen, som diskuteras nedan, i vilket syre konsumeras.

Den mörka fasen av fotosyntes är också känd som Calvin-cykeln. I denna fas, som använder produkterna i ljusfasen, används CO2 för att göra sockret, glukos.

Cellulär respiration

Cellulär andning är den biokemiska nedbrytningen av ett substrat genom oxidation, varvid elektroner överförs från substratet till en "elektronacceptor", vilken kan vara vilken som helst av en mängd olika föreningar eller syreatomer. Om substratet är en kol- och syrehaltig förening, som glukos, bildas koldioxid (CO2) genom glykolys, glukosbrytningen.

Glykolys, som sker i cytoplasma hos en cell, bryter glukos ner till pyruvat, en mer "oxiderad" förening. Om tillräckligt med syre är närvarande, flyttar pyruvat till specialiserade organeller som kallas mitokondrier. Där är det uppdelat i acetat och CO2. Koldioxiden är utsläppt. Acetatet går in i ett reaktionssystem som kallas Krebs-cykeln.

Krebs-cykeln

I Krebs-cykeln bryts acetatet ytterligare ned så att dess återstående kolatomer frigörs som CO2. Detta är motsatts av en aspekt av fotosyntes, bindningen av kol från CO2 tillsammans för att göra socker. Förutom CO2 använder Krebs-cykeln och glykolysen energi från substratets kemiska bindningar (såsom glukos) för att bilda hög energi föreningar som ATP och GTP, som används av cellsystem. Produceras också hög energi, reducerade föreningar: NADH och FADH2. Dessa föreningar är de medel genom vilka elektroner, som håller den energi som härleddes initialt från glukos eller annan matförening, överförs till nästa process, kallad elektrontransportkedjan.

Elektrontransportkedja och oxidativ fosforylering

I elektrontransportkedjan, som i djurceller ligger mest på mitokondrierens inre membran, används reducerade produkter som NADH och FADH2 för att skapa en protongradient - en obalans i koncentrationen av oparmade väteatomer på en sidan av membranet vs. den andra. Protongradienten driver i sin tur produktionen av mer ATP, i en process som kallas oxidativ fosforylering.

Övergripande effekter

Sammanfattningsvis innebär fotosyntes energinering av elektroner genom att ljusenergin reduceras (lägg till elektroner till) CO2 för att bygga en större förening (glukos), vilket producerar syre som en biprodukt. Cell respiration innebär å andra sidan att ta bort elektroner från ett substrat (t.ex. glukos), det vill säga oxidation, och i processen nedbryts substratet så att dess kolatomer frigörs som CO2 medan syre konsumeras . Således är fotosyntes och cellulär oxidation nästan motsatta biokemiska processer.