La fotosintesi e la respirazione cellulare sono utilizzate per produrre energia utilizzabile per piante e altri organismi. Questi processi si verificano a livello molecolare all'interno delle cellule degli organismi. Su questa scala, le molecole contenenti energia sono sottoposte a processi metabolici che producono energia che può essere utilizzata immediatamente. Una tale fonte di energia viene prodotta nella fotosintesi; un altro è immagazzinato come una batteria come nella respirazione cellulare.
Fotosintesi
Le piante ricevono energia leggera attraverso piccoli pori sulle loro foglie chiamate stomi e la convertono negli organelli chiamati cloroplasti, situati nelle cellule vegetali nelle foglie e steli verdi. Gli organelli sono parti specializzate di una cellula che funzionano in modo simile ad un organo. L'energia è utilizzata in questo processo per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in carboidrati come il glucosio e l'ossigeno molecolare.
La fotosintesi è un processo metabolico in due parti. I due percorsi sono la reazione di fissaggio dell'energia e la reazione di fissazione del carbonio. Il primo produce molecole di adenosina trifosfato (ATP) e nicotinammide adenina dinucleaotide fosfato di idrogeno (NADPH). Entrambe le molecole contengono energia e sono utilizzate nella reazione di fissazione del carbonio per formare il glucosio.
Reazione di fissazione dell'energia
Nella reazione di fissazione dell'energia della fotosintesi, gli elettroni sono passati attraverso i coenzimi e le molecole dove rilasciano la loro energia. La maggior parte degli elettroni sono passati lungo la catena, ma parte di questa energia viene utilizzata per spostare i protoni sotto forma di idrogeno attraverso la membrana tilacoide all'interno del cloroplasto. L'energia trattenuta viene quindi utilizzata per sintetizzare ATP e NADPH.
Reazione alla fissazione del carbonio
Durante la reazione di fissazione del carbonio, l'energia nell'ATP e NADPH prodotta nella reazione di fissaggio dell'energia è usato per convertire i carboidrati in glucosio e altri zuccheri e sostanze organiche. Ciò avviene attraverso il ciclo di Calvin, chiamato per il ricercatore Melvin Calvin. Il ciclo utilizza l'anidride carbonica acquisita dall'atmosfera. L'idrogeno dal NADPH, il carbonio dal biossido di carbonio e l'ossigeno dall'acqua si combinano per formare le molecole di glucosio indicate come C6H12O6.
Respirazione cellulare
Gli organismi usano la respirazione cellulare per convertire i carboidrati in energia. Questo processo si verifica nel citoplasma della cellula. L'energia rilasciata dai carboidrati è immagazzinata nelle molecole di ATP. Queste molecole si formano usando l'energia ottenuta dai carboidrati per combinare le molecole di adenosina difosfato (ADP) e gli ioni fosfato. Le cellule usano quindi questa energia immagazzinata per vari processi dipendenti dall'energia.
Anche prodotti durante la respirazione cellulare sono acqua e anidride carbonica. Il processo che produce questi tre prodotti è composto da quattro parti: glicolosi, ciclo di Krebs, sistema di trasporto degli elettroni e chemiosmosi.
Glicolosi
Durante la glicolosi, il glucosio viene scomposto in due acidi piruvici molecole. Durante questo processo vengono prodotte due molecole di ATP. Due molecole di nicotinammide adenina dinucleotide (NADH) che verranno utilizzate nel sistema di trasporto degli elettroni sono anche prodotte durante la glicolosi.
Ciclo di Krebs
Nel ciclo di Krebs, due molecole di acido piruvico prodotte durante la glicolosi sono usati per formare NADH. Ciò si verifica quando l'idrogeno viene aggiunto al NAD. Anche prodotti durante il ciclo di Krebs sono due molecole di ATP. Gli atomi di carbonio rilasciati nel processo si combinano con l'ossigeno per formare l'anidride carbonica. Sei molecole di anidride carbonica vengono rilasciate quando il ciclo è completo. Queste sei molecole corrispondono ai sei atomi di carbonio nel glucosio che erano inizialmente utilizzati nella glicolosi.
Sistema di trasporto elettronico
I citocromi (pigmenti cellulari) e coenzimi nei mitocondri formano il sistema di trasporto degli elettroni. Gli elettroni prelevati dal NAD vengono trasportati attraverso questi vettori e trasferiscono molecole. In alcuni punti durante il sistema, i protoni sotto forma di atomi di idrogeno da NADH vengono trasportati attraverso una membrana e rilasciati nell'area esterna dei mitocondri. L'ossigeno è l'ultimo accettore di elettroni nella catena. Quando riceve un elettrone, l'ossigeno si lega all'idrogeno rilasciato per formare acqua.
