Fotosyntes och cellulär andning används för att producera användbar energi för växter och andra organismer. Dessa processer förekommer på en molekylär nivå inuti cellerna av organismer. På denna skala sätts energiinnehållande molekyler genom metabola processer som ger energi som kan användas direkt. En sådan energikälla produceras i fotosyntes; en annan lagras som ett batteri som vid cellulär andning.

Photosynthesis

Växter mottar ljusenergi genom små porer på sina blad som kallas stomata och omvandlar det i organellerna som kallas kloroplaster, som ligger i växtcellerna i löv och gröna stammar. Organeller är specialiserade delar av en cell som fungerar på ett organliknande sätt. Energin används i denna process för att omvandla koldioxid och vatten till kolhydrater som glukos och molekylärt syre.

Fotosyntes är en tvådelad metabolisk process. De två vägarna är energiförbindningsreaktionen och kolfixeringsreaktionen. Den första producerar adenosintrifosfat (ATP) och nikotinamid adenindinukleotidfosfatväte (NADPH) -molekyler. Båda molekylerna innehåller energi och används i kolfixeringsreaktionen för att bilda glukos.

Energibesparande reaktion

I fotonsyntesens energiförsörjningsreaktion passeras elektroner genom koenzymer och molekyler där de släpper ut sin energi. De flesta elektronerna passerar längs kedjan, men en del av denna energi används för att flytta protoner i form av väte över det thylakoidmembranet inuti kloroplast. Den kvarhållna energin används sedan för att syntetisera ATP och NADPH.

Kolfixeringsreaktion

Under kolförbindningsreaktionen är energin i ATP och NADPH som produceras i energifixeringsreaktionen används för att omvandla kolhydrater till glukos och andra sockerarter och organiska ämnen. Detta sker genom Calvin-cykeln, namngiven forskaren Melvin Calvin. Cykeln använder koldioxid som förvärvas från atmosfären. Väte från NADPH, kol från koldioxid och syre från vatten kombineras för att bilda glukosmolekylerna betecknade C6H12O6.

Cellulär respiration

Organismer använder cellulär andning för att omvandla kolhydrater till energi. Denna process sker i cellens cytoplasma. Den energi som frigörs från kolhydrater lagras i ATP-molekyler. Dessa molekyler bildas med användning av den energi som erhålles från kolhydrater för att kombinera adenosindifosfat (ADP) -molekyler och fosfatjoner. Celler använder sedan denna lagrade energi för olika energiberoende processer.

Också framtaget vid cellulär andning är vatten och koldioxid. Processen som ger dessa tre produkter består av fyra delar: glykos, Krebs-cykeln, elektrontransportsystemet och kemiosmoserna.

Glykolos

Under glukos är glukos uppdelad i två pyruvsyra molekyler. Två ATP-molekyler produceras under denna process. Två nikotinamidadenindinukleotidmolekyler (NADH) som kommer att användas i elektrontransportsystemet ges också under glykolos.

Krebs-cykel

I Krebs-cykeln framställs två molekyler pyruvsyra framställda under glykos används för att bilda NADH. Detta sker när väte tillsätts till NAD. Också framställda under Krebs-cykeln är två ATP-molekyler. Koldioxid som frigörs i processen kombineras med syre för att bilda koldioxid. Sex koldioxidmolekyler släpps när cykeln är klar. Dessa sex molekyler motsvarar de sex kolatomerna i glukos som ursprungligen användes i glykos.

Elektrontransportsystem

Cytokromer (cellpigment) och koenzymer i mitokondrier bildar elektrontransportsystemet. Elektroner som tas från NAD transporteras genom dessa bärare och överför molekyler. Vid vissa punkter under systemet transporteras protoner i form av väteatomer från NADH över ett membran och släpps ut i mitokondrians yttre yta. Syre är den sista elektronacceptorn i kedjan. När det tar emot en elektron, bindar syre med det frigjorda väte för att bilda vatten.