Fotosynthese en cellulaire ademhaling zijn op hun meest voor de hand liggende manier de weerspiegeling van elkaar. Toen de aarde veel minder zuurstof in de lucht had, gebruikten fotosynthetische organismen koolstofdioxide en produceerden ze zuurstof als bijproduct. Tegenwoordig gebruiken planten, algen en cyanobacteriën dit vergelijkbare proces van fotosynthese. Alle andere organismen, inclusief dieren, zijn geëvolueerd om een ​​vorm van cellulaire ademhaling te gebruiken. Beide processen maken uitgebreid gebruik van elektronenstroom.

Organellen

Er bestaat een groot verschil tussen de ademhaling binnen eukaryotische en prokaryotische organismen. Planten en dieren zijn beide eukaryotisch omdat ze complexe organellen in de cel hebben. Planten maken bijvoorbeeld gebruik van fotosynthese op het thylakoïdemembraan in een chloroplast. Eukaryoten die cellulaire ademhaling gebruiken, hebben organellen die mitochondriën worden genoemd, die lijken op de krachtcentrale van de cel. Prokaryoten kunnen ofwel fotosynthese of cellulaire ademhaling gebruiken, maar omdat ze de complexe organellen missen, produceren ze energie op eenvoudiger manieren. Dit artikel gaat uit van het bestaan ​​van dergelijke organellen, omdat sommige prokaryoten niet eens gebruik maken van de elektronentransportketen.

Elektronentransportketting

Bij fotosynthese treedt de elektronentransportketen op aan het begin van de proces, maar het komt aan het einde van het proces in cellulaire ademhaling. De twee zijn echter niet volledig analoog. Het breken van een verbinding is immers niet hetzelfde als het verzinken van de productie van een verbinding. Maar het belangrijkste om te onthouden is dat fotosynthetische organismen glucose proberen aan te jagen als voedselbron, terwijl organismen die gebruikmaken van cellulaire ademhaling glucose afbreken tot ATP, de belangrijkste energiedrager van de cel.

Fotosynthese

Fotosynthese gebruikt de energie die is verkregen uit licht om elektronen te bevrijden uit de chlorofylpigmenten die het licht verzamelen. Chlorofylmoleculen hebben geen oneindige toevoer van elektronen, dus ze herwinnen het verloren elektron uit een molecuul water. Wat overblijft zijn elektronen en waterstofionen (elektrisch geladen deeltjes van waterstof). Zuurstof wordt aangemaakt als een bijproduct en daarom wordt het in de atmosfeer uitgestoten.

Cellulaire ademhaling

Bij cellulaire ademhaling treedt de elektronentransportketen op nadat glucose al is afgebroken. Acht moleculen NADPH en twee moleculen FADH2 blijven over. Deze moleculen zijn bedoeld om elektronen en waterstofionen te doneren aan de elektronentransportketen. De beweging van elektronen galvaniseert waterstofionen over het membraan van het mitochondrion. Omdat dit aan één kant een concentratie van waterstofionen vormt, zijn ze genoodzaakt terug te gaan naar de binnenkant van het mitochondrion, wat de synthese van ATP stimuleert. Helemaal aan het einde van het proces worden elektronen door zuurstof geaccepteerd, die dan aan de waterstofionen bindt om water te produceren.

Cellulaire ademhaling in omgekeerde richting

De laatste stap in cellulaire respiratiespiegels het begin van fotosynthese, dat water uit elkaar trekt en elektronen, zuurstof en waterstofionen produceert. Met behulp van deze kennis, zou je ook in staat kunnen zijn om te voorspellen dat fotosynthese de beweging van waterstofionen over het thylakoïdemembraan inhoudt om de productie van ATP te stimuleren. Elektronen worden vervolgens geaccepteerd door NADPH (maar niet FADH2 in fotosynthese). Deze verbindingen komen in een proces zoals dat van cellulaire ademhaling in omgekeerde volgorde zodat ze glucose kunnen synthetiseren voor energiegebruik in de cel.