La respiración celular y la fotosíntesis son procesos esencialmente opuestos. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos producen compuestos de alta energía, la glucosa en azúcar en particular, a través de la "reducción" química del dióxido de carbono (CO2). La respiración celular, por otro lado, implica la descomposición de la glucosa y otros compuestos a través de la "oxidación" química. La fotosíntesis consume CO2 y produce oxígeno. La respiración celular consume oxígeno y produce CO2.

Fotosíntesis

En la fotosíntesis, la energía de la luz se convierte en energía química de enlaces entre átomos que potencian los procesos dentro de las células. La fotosíntesis surgió en los organismos hace 3.500 millones de años, ha desarrollado complejos mecanismos bioquímicos y biofísicos, y hoy ocurre en plantas y organismos unicelulares. Es por la fotosíntesis que la atmósfera y los mares de la Tierra contienen oxígeno.

Cómo funciona la fotosíntesis

En la fotosíntesis, el CO2 y la luz solar se usan para producir glucosa (azúcar) y oxígeno molecular (O2). Esta reacción tiene lugar a través de varios pasos en dos etapas: la fase ligera y la fase oscura.

En la fase ligera, la energía de la luz potencia las reacciones que dividen el agua para liberar oxígeno. En el proceso, se forman moléculas de alta energía, ATP y NADPH. Los enlaces químicos en estos compuestos almacenan la energía. El oxígeno es un subproducto, y esta fase de la fotosíntesis es lo opuesto a la fosforilación oxidativa del proceso de respiración celular, que se analiza más adelante, en la que se consume oxígeno.

La fase oscura de la fotosíntesis también se conoce como Ciclo de Calvino. En esta fase, que usa los productos de la fase ligera, el CO2 se usa para hacer el azúcar, glucosa.

Respiración celular

La respiración celular es la descomposición bioquímica de un sustrato a través de la oxidación, en donde los electrones se transfieren del sustrato a un "aceptor de electrones", que puede ser cualquiera de una variedad de compuestos o átomos de oxígeno. Si el sustrato es un compuesto que contiene carbono y oxígeno, como la glucosa, el dióxido de carbono (CO2) se produce a través de la glucólisis, la descomposición de la glucosa.

La glucólisis, que tiene lugar en el citoplasma de una célula, rompe la glucosa a piruvato, un compuesto más "oxidado". Si hay suficiente oxígeno, el piruvato se mueve a orgánulos especializados llamados mitocondrias. Allí, se divide en acetato y CO2. El CO2 se libera. El acetato entra en un sistema de reacción conocido como el Ciclo de Krebs.

El Ciclo de Krebs

En el Ciclo de Krebs, el acetato se descompone aún más para que sus átomos de carbono restantes se liberen como CO2. Esto es opuesto a un aspecto de la fotosíntesis, la unión de los carbonos del CO2 para formar azúcar. Además del CO2, el ciclo de Krebs y la glucólisis usan energía de los enlaces químicos de los sustratos (como la glucosa) para formar compuestos de alta energía como el ATP y el GTP, que son utilizados por los sistemas celulares. También se producen compuestos reducidos de alta energía: NADH y FADH2. Estos compuestos son el medio por el cual los electrones, que contienen la energía derivada inicialmente de la glucosa u otro compuesto alimenticio, se transfieren al siguiente proceso, llamado cadena de transporte de electrones.

Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa

En la cadena de transporte de electrones, que en las células animales se encuentra principalmente en las membranas internas de las mitocondrias, se utilizan productos reducidos como NADH y FADH2 para crear un gradiente de protones, un desequilibrio en la concentración de átomos de hidrógeno no apareados en uno lado de la membrana frente a la otra. El gradiente de protones, a su vez, impulsa la producción de más ATP, en un proceso llamado fosforilación oxidativa.

Efectos generales

En general, la fotosíntesis implica la activación de electrones por la energía de la luz para reducirla (agregar electrones a) CO2 para construir un compuesto más grande (glucosa), produciendo oxígeno como subproducto. La respiración celular, por otro lado, implica quitar electrones de un sustrato (glucosa, por ejemplo), lo que equivale a decir oxidación, y en el proceso el sustrato se degrada para que sus átomos de carbono se liberen como CO2, mientras se consume oxígeno. . Por lo tanto, la fotosíntesis y la oxidación celular son procesos bioquímicos casi opuestos.