La fotosíntesis y la respiración celular se utilizan para producir energía útil para las plantas y otros organismos. Estos procesos ocurren a nivel molecular dentro de las células de los organismos. En esta escala, las moléculas que contienen energía se someten a procesos metabólicos que producen energía que puede usarse de inmediato. Una de esas fuentes de energía se produce en la fotosíntesis; otro se almacena como una batería como en la respiración celular.
Fotosíntesis
Las plantas reciben energía lumínica a través de pequeños poros en sus hojas llamados estomas y la convierten en los orgánulos llamados cloroplastos, ubicados en las células vegetales en las hojas y tallos verdes. Los orgánulos son partes especializadas de una célula que funcionan de forma similar a un órgano. La energía se usa en este proceso para convertir el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos como la glucosa y el oxígeno molecular.
La fotosíntesis es un proceso metabólico en dos partes. Las dos vías son la reacción de fijación de energía y la reacción de fijación de carbono. El primero produce moléculas de adenosina trifosfato (ATP) y nicotinamida adenina dinucleaótido fosfato de hidrógeno (NADPH). Ambas moléculas contienen energía y se utilizan en la reacción de fijación de carbono para formar glucosa.
Reacción de fijación de energía
En la reacción de fijación de energía de la fotosíntesis, los electrones pasan a través de coenzimas y moléculas donde liberan su energía La mayoría de los electrones se pasan a lo largo de la cadena, pero parte de esta energía se usa para mover protones en forma de hidrógeno a través de la membrana del tilacoide dentro del cloroplasto. La energía retenida se usa para sintetizar ATP y NADPH.
Reacción de fijación de carbono
Durante la reacción de fijación de carbono, la energía en el ATP y NADPH producida en la reacción de fijación de energía es utilizado para convertir los carbohidratos en glucosa y otros azúcares y sustancias orgánicas. Esto ocurre a través del ciclo de Calvin, llamado así por el investigador Melvin Calvin. El ciclo usa dióxido de carbono adquirido de la atmósfera. El hidrógeno del NADPH, el carbono del dióxido de carbono y el oxígeno del agua se combinan para formar las moléculas de glucosa denominadas C6H12O6.
Respiración celular
Los organismos utilizan la respiración celular para convertir los carbohidratos en energía. Este proceso ocurre en el citoplasma de la célula. La energía liberada de los carbohidratos se almacena en moléculas de ATP. Estas moléculas se forman utilizando la energía obtenida de los carbohidratos para combinar moléculas de adenosina difosfato (ADP) e iones de fosfato. Las células luego usan esta energía almacenada para varios procesos dependientes de la energía.
También se producen durante la respiración celular el agua y el dióxido de carbono. El proceso que produce estos tres productos se compone de cuatro partes: glicolisis, ciclo de Krebs, sistema de transporte de electrones y quimiosmosis.
Glicolisis
Durante la glicólisis, la glucosa se descompone en dos ácidos pirúvico moléculas. Dos moléculas de ATP se producen durante este proceso. Dos moléculas de nicotinamida y adenina dinucleótido (NADH) que se usarán en el sistema de transporte de electrones también se producen durante la glicólisis.
Krebs Cycle
En el ciclo de Krebs, dos moléculas de ácido pirúvico producidas durante la glicolisis se usan para formar NADH. Esto ocurre cuando se agrega hidrógeno a NAD. También se producen durante el ciclo de Krebs dos moléculas de ATP. Los átomos de carbono liberados en el proceso se combinan con el oxígeno para formar dióxido de carbono. Seis moléculas de dióxido de carbono se liberan cuando se completa el ciclo. Estas seis moléculas corresponden a los seis átomos de carbono en glucosa que se usaron inicialmente en la glicolisis.
Sistema de transporte de electrones
Los citocromos (pigmentos celulares) y las coenzimas en las mitocondrias forman el sistema de transporte de electrones. Los electrones tomados de NAD se transportan a través de estos transportadores y moléculas de transferencia. En ciertos puntos durante el sistema, los protones en forma de átomos de hidrógeno del NADH se transportan a través de una membrana y se liberan en el área externa de las mitocondrias. El oxígeno es el último aceptor de electrones en la cadena. Cuando recibe un electrón, el oxígeno se une con el hidrógeno liberado para formar agua.
