Hemera Technologies/PhotoObjects.net/Getty Images

Planten en dieren werken in een fijn afgestemde dans, waarbij de een voorziet in wat de ander nodig heeft. De verspilling van de een wordt vaak de hulpbron van de ander, waardoor een naadloze loop van het leven ontstaat.

Tijdens fotosynthese en ademhaling worden vier belangrijke moleculen gerecycled:

• Kooldioxide (CO₂) – een bijproduct van de ademhaling, dat door planten wordt opgenomen om glucose te synthetiseren.
• Zuurstof (O₂) – vrijgegeven door fotosynthese, ingeademd door dieren om de ademhaling te stimuleren.
• Glucose (C₆H₁₂O₆) – gegenereerd door planten uit CO₂, verbruikt door cellen om energie vrij te maken.
• Water (H₂O) – geproduceerd tijdens de ademhaling, vereist voor fotosynthese en vele andere cellulaire processen.

Niet alle stoffen die bij cellulaire ademhaling worden geproduceerd, worden echter gerecycled. Sommige worden als afval beschouwd, hoewel ze nog steeds in andere contexten kunnen worden gebruikt.

Fotosynthese

Planten vangen zonlicht op om voedsel op te bouwen uit atmosferische CO₂. In de eerste fase verzamelen de lichtreacties energie en komen O₂ vrij. De tweede fase, de donkere reacties (Calvin-cyclus), gebruikt ATP en NADPH uit de lichte fase om CO₂ in glucose te fixeren.

De algemene reactie is:

6 CO₂ + 6 H₂O + Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Cellulaire ademhaling

In eukaryoten wordt glucose volledig geoxideerd om ATP te genereren. Het proces bestaat uit vier hoofdfasen:

1. Glycolyse – anaerobe splitsing van glucose in pyruvaat in het cytoplasma.
2. Linkreactie – oxidatie van pyruvaat tot acetyl-CoA, dat de mitochondriën binnendringt.
3. Krebs-cyclus (citroenzuur) – acetyl-CoA combineert met oxaalacetaat en produceert elektronendragers en ATP.
4. Elektronentransportketen – oxidatieve fosforylering in het binnenste mitochondriale membraan, waarbij het grootste deel van ATP wordt geproduceerd.

De volledige aërobe reactie is:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 36–38 ATP

Afvalproducten van cellulaire ademhaling

Wanneer zuurstof schaars of niet beschikbaar is, nemen cellen hun toevlucht tot fermentatie, waarbij pyruvaat wordt omgezet in bijproducten die niet via dezelfde route worden gerecycled.

• Melkzuurfermentatie – pyruvaat wordt gereduceerd tot lactaat, waardoor NAD⁺ wordt geregenereerd. Lactaat kan door de lever worden verwijderd, maar wordt over het algemeen als afval beschouwd.
• Alcoholische gisting – in gist wordt pyruvaat omgezet in ethanol en CO₂. Hoewel ethanol afval is in de context van de ademhaling, heeft het een wijdverbreide industriële en culturele betekenis.

Deze bijproducten illustreren dat zelfs de meest efficiënte biologische systemen outputs hebben die niet onmiddellijk worden hergebruikt, maar toch een cruciale rol spelen buiten de cel.