La respirazione cellulare e la fotosintesi sono processi essenzialmente opposti. La fotosintesi è il processo mediante il quale gli organismi producono composti ad alta energia - in particolare il glucosio zuccherino - attraverso la "riduzione" chimica dell'anidride carbonica (CO2). La respirazione cellulare, d'altra parte, comporta la rottura del glucosio e di altri composti attraverso l'ossidazione chimica. La fotosintesi consuma CO2 e produce ossigeno. La respirazione cellulare consuma ossigeno e produce CO2.

Fotosintesi

Nella fotosintesi, l'energia della luce viene convertita in energia chimica di legami tra atomi che alimentano i processi all'interno delle cellule. La fotosintesi è emersa negli organismi 3,5 miliardi di anni fa, ha evoluto complessi meccanismi biochimici e biofisici e oggi si verifica nelle piante e negli organismi unicellulari. È a causa della fotosintesi che l'atmosfera e i mari della Terra contengono ossigeno.




















Questa reazione avviene attraverso diversi passaggi in due fasi: la fase di luce e la fase di oscurità.

Nella fase di luce, l'energia della luce alimenta le reazioni che separano l'acqua per liberare l'ossigeno. Nel processo, si formano molecole ad alta energia, ATP e NADPH. I legami chimici in questi composti immagazzinano l'energia. L'ossigeno è un sottoprodotto e questa fase della fotosintesi è l'opposto della fosforilazione ossidativa del processo di respirazione cellulare, discussa di seguito, in cui viene consumato ossigeno.

La fase oscura della fotosintesi è anche nota come Ciclo Calvin. In questa fase, che utilizza i prodotti della fase di luce, viene utilizzata CO2 per produrre zucchero, glucosio.

Respirazione cellulare

La respirazione cellulare è la degradazione biochimica di un substrato attraverso l'ossidazione, in cui gli elettroni vengono trasferiti dal substrato a un "accettore di elettroni", che può essere una qualsiasi di una varietà di composti o di atomi di ossigeno. Se il substrato è un composto contenente carbonio e ossigeno, come il glucosio, il biossido di carbonio (CO2) viene prodotto attraverso la glicolisi, la degradazione del glucosio.

La glicolisi, che si svolge nel citoplasma di una cellula, rompe il glucosio fino a piruvato, un composto più "ossidato". Se è presente una quantità sufficiente di ossigeno, il piruvato si sposta in organelli specializzati chiamati mitocondri. Lì, è suddiviso in acetato e CO2. La CO2 è rilasciata. L'acetato entra in un sistema di reazione conosciuto come il ciclo di Krebs.

Il ciclo di Krebs

Nel ciclo di Krebs, l'acetato viene scomposto ulteriormente in modo che i suoi rimanenti atomi di carbonio vengano rilasciati come CO2. Questo è l'opposto di un aspetto della fotosintesi, il legame dei carboni di CO2 insieme per produrre zucchero. Oltre alla CO2, il ciclo di Krebs e la glicolisi utilizzano energia dai legami chimici dei substrati (come il glucosio) per formare composti ad alta energia come ATP e GTP, che vengono utilizzati dai sistemi cellulari. Inoltre sono prodotti composti ad alta energia e ridotti: NADH e FADH2. Questi composti sono il mezzo con cui gli elettroni, che detengono l'energia derivata inizialmente dal glucosio o da un altro composto alimentare, vengono trasferiti al processo successivo, chiamato catena di trasporto degli elettroni.

Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa

Nella catena di trasporto degli elettroni, che nelle cellule animali si trova principalmente sulle membrane interne dei mitocondri, vengono utilizzati prodotti ridotti come NADH e FADH2 per creare un gradiente protonico - uno squilibrio nella concentrazione di atomi di idrogeno non appaiati su uno lato della membrana rispetto all'altra. Il gradiente protonico, a sua volta, guida la produzione di più ATP, in un processo chiamato fosforilazione ossidativa.

Effetti generali

Nel complesso, la fotosintesi implica l'energizzazione degli elettroni mediante l'energia luminosa per ridurre (aggiungere elettroni a) CO2 per costruire un composto più grande (glucosio), producendo ossigeno come sottoprodotto. La respirazione cellulare, d'altra parte, comporta la presa di elettroni lontano da un substrato (glucosio, per esempio), vale a dire l'ossidazione, e nel processo il substrato viene degradato in modo che i suoi atomi di carbonio vengano rilasciati come CO2, mentre l'ossigeno viene consumato . Quindi, la fotosintesi e l'ossidazione cellulare sono processi biochimici quasi opposti.