Fotosintesis dan respirasi seluler digunakan untuk menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk tumbuhan dan organisme lainnya. Proses ini terjadi pada tingkat molekuler di dalam sel organisme. Pada skala ini, molekul yang mengandung energi dimasukkan melalui proses metabolisme yang menghasilkan energi yang dapat digunakan segera. Salah satu sumber energi tersebut diproduksi dalam fotosintesis; yang lainnya disimpan seperti baterai seperti pada respirasi seluler.
Fotosintesis
Tumbuhan menerima energi cahaya melalui pori-pori kecil pada daunnya yang disebut stomata dan mengubahnya menjadi organel yang disebut kloroplas, terletak di sel tumbuhan di daun dan batang hijau. Organel adalah bagian khusus dari sel yang berfungsi dalam mode seperti organ. Energi digunakan dalam proses ini untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat seperti glukosa dan oksigen.
Fotosintesis adalah proses metabolisme dua bagian. Kedua jalur tersebut adalah reaksi fiksasi energi dan reaksi fiksasi karbon. Yang pertama menghasilkan molekul adenosine trifosfat (ATP) dan nikotinamida adenin dinukleaotida fosfat hidrogen (NADPH). Kedua molekul tersebut mengandung energi dan digunakan dalam reaksi penguat karbon untuk membentuk glukosa.
Reaksi fiksasi Energi
Dalam reaksi penyempurnaan energi fotosintesis, elektron dilewatkan melalui koenzim dan molekul di mana mereka melepaskan energinya. Sebagian besar elektron dilewatkan sepanjang rantai, namun sebagian dari energi ini digunakan untuk memindahkan proton dalam bentuk hidrogen melintasi membran tilakoid di dalam kloroplas. Energi yang dipertahankan kemudian digunakan untuk mensintesis ATP dan NADPH.
Reaksi fiksasi Karbon
Selama reaksi fiksasi karbon, energi pada ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi fiksasi energi digunakan untuk mengubah karbohidrat menjadi glukosa dan gula lainnya dan zat organik. Hal ini terjadi melalui siklus Calvin, yang dinamai dari penelitinya yaitu Melvin Calvin. Siklus ini menggunakan karbon dioksida yang diperoleh dari atmosfer. Hidrogen dari NADPH, karbon dari karbon dioksida dan oksigen dari air bergabung membentuk molekul glukosa yang dilambangkan dengan C6H12O6.
Respirasi Seluler
Organisme menggunakan respirasi seluler untuk mengubah karbohidrat menjadi energi. Proses ini terjadi di sitoplasma sel. Energi yang dilepaskan dari karbohidrat disimpan dalam molekul ATP. Molekul-molekul ini terbentuk dengan menggunakan energi yang diperoleh dari karbohidrat dengan menggabungkan molekul adenosine diphosphate (ADP) dan ion fosfat. Sel kemudian menggunakan energi tersimpan ini untuk berbagai proses yang bergantung pada energi.
Juga diproduksi selama respirasi seluler adalah air dan karbon dioksida. Proses yang menghasilkan ketiga produk ini terdiri dari empat bagian: glikolosis, siklus Krebs, sistem transportasi elektron dan kemiosmosis.
Glikolosis
Selama glikolosis, glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat. Dua molekul ATP diproduksi selama proses ini. Dua molekul nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) yang akan digunakan dalam sistem transpor elektron juga dihasilkan selama glikolosis.
Siklus Krebs
Dalam siklus Krebs, dua molekul asam piruvat yang diproduksi selama glikolosis digunakan untuk membentuk NADH. Hal ini terjadi ketika hidrogen ditambahkan ke NAD. Juga diproduksi selama siklus Krebs adalah dua molekul ATP. Atom karbon yang dilepaskan dalam prosesnya bergabung dengan oksigen membentuk karbon dioksida. Enam molekul karbon dioksida dilepaskan saat siklus selesai. Keenam molekul ini sesuai dengan enam atom karbon dalam glukosa yang pada awalnya digunakan dalam glikolosis.
Sistem transportasi elektron
Sitokrom (pigmen sel) dan koenzim dalam mitokondria membentuk sistem transpor elektron. Elektron yang diambil dari NAD diangkut melalui molekul pembawa dan mentransfer ini. Pada titik-titik tertentu selama sistem, proton dalam bentuk atom hidrogen dari NADH diangkut melintasi membran dan dilepaskan ke daerah luar mitokondria. Oksigen adalah akseptor elektron terakhir dalam rantai. Saat menerima elektron, ikatan oksigen dengan hidrogen yang dilepaskan membentuk air.
