Cellulær respiration og fotosyntese

Bioteknologi A · STX · A-niveau · Cellulær biokemi

🧫 Cellulær respiration og fotosyntese

Cellulær respiration og fotosyntese er omvendte processer der tilsammen driver biosfærens kulstof- og iltkredsløb. De er fundamentet for alt liv på Jorden.

Cellulær respiration (aerob nedbrydning)

Total ligning:

$$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \sim 38\ ATP$$

Glucose oxideres med ilt, og energien lagres i ATP (adenosintrifosfat) — cellens "energimønt".

De 3 trin i cellulær respiration

| Trin | Sted | Ind | Ud |

|---|---|---|---|

| 1. Glykolyse | Cytosol | Glucose | 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH |

| 2. Krebs-cyklus | Mitokondrie-matrix | Pyruvat | CO₂ + 2 ATP + 8 NADH + 2 FADH₂ |

| 3. Elektrontransport | Indre mitokondriemembran | NADH/FADH₂ + O₂ | H₂O + ~32 ATP |

1. Glykolyse:

• Sker i cytosol (uden for organeller)
• Glucose → 2 pyruvat
• Netto: +2 ATP, +2 NADH
• Anaerob (kræver ikke ilt)
• Ved iltmangel: pyruvat → laktat (mælkesyre)

2. Krebs-cyklus (citronsyrecyklus):

• Sker i mitokondrie-matrix
• Pyruvat omsættes til CO₂
• Per glucose: 2 ATP + 8 NADH + 2 FADH₂
• Opdaget af Hans Krebs (Nobelpris 1953)

3. Elektrontransport-kæden (ETK):

• Sker i indre mitokondriemembran
• NADH og FADH₂ donerer elektroner
• O₂ er endelig elektronacceptor → H₂O
• Driver ATP-syntase via protongradient
• Producerer ~32 ATP via oxidativ fosforylering

Total energiudbytte: ~36-38 ATP pr. glucose-molekyle (afhænger af celletype).

Fotosyntese (CO₂-fiksering med lys)

Total ligning:

$$6CO_2 + 6H_2O + lys \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$$

Det er den omvendte ligning af cellulær respiration. Planter bruger lys-energi til at danne glucose.

Fotosyntesens 2 faser

| Fase | Sted | Karakteristika |

|---|---|---|

| Lysreaktion | Thylakoidmembran | Lyset bruges, vand spaltes, O₂ frigives |

| Calvin-cyklus | Stroma | CO₂-fiksering, glucose dannes (mørkereaktion) |

1. Lysreaktion:

• Sker i thylakoidmembran i kloroplasten
• Klorofyl absorberer fotoner
• Vandspaltning: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
• Producerer ATP og NADPH
• O₂ er et biprodukt (det vi ånder!)

2. Calvin-cyklus (mørkereaktion):

• Sker i stroma (væsken omkring thylakoider)
• CO₂-fiksering via enzymet RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/oxygenase)
• ATP og NADPH fra lysreaktionen bruges
• Slutprodukt: glucose

RuBisCO er den mest udbredte protein på Jorden — den fikserer al CO₂ til biosfæren!

Kulstof- og iltkredsløbet

```

lys

↓

CO₂ + H₂O —[fotosyntese, planter]→ Glucose + O₂

↓

[cellulær respiration, dyr/mikrober]

↓

CO₂ + H₂O ←————————————————————————————

```

De to processer balancerer i biosfæren — men menneskelig forbrænding af fossile brændsler tilfører netto CO₂ og forstyrrer balancen.

Vidste du at...

🌳 Et stort træ udleder cirka 120 kg O₂ pr. år — nok til 2-3 mennesker.

⚡ ATP er kortlivet — et menneske omsætter sin egen kropsvægt i ATP hver dag!

🌿 C4-planter (majs, sukkerrør) har en mere effektiv CO₂-fiksering end C3-planter (hvede, ris). De konkurrerer bedre i varme klimaer.

Læringsmål

• Forklare cellulær respirations tre faser
• Forklare fotosyntesens to faser
• Beregne ATP-udbytte pr. glucose
• Forstå rollen af mitochondrier og kloroplaster (endosymbiose)
• Skelne aerob og anaerob respiration
• Anvende RuBisCO og ATP-syntase som centrale enzymer

Sådan kan du arbejde med emnet

• Skriv den samlede ligning for cellulær respiration og forklar, hvad hvert stof repræsenterer
• Skriv den samlede ligning for fotosyntese og sammenlign den med respirationens ligning
• Diskutér hvordan respiration og fotosyntese hænger sammen i et økosystem

Eksperiment-forslag

• Mål CO₂-produktion fra gærceller (gæring) ved forskellige sukkerkoncentrationer, og relatér resultatet til glykolysens hastighed.
• Brug en vandplante (fx vandpest) til at måle O₂-produktion (fotosyntese-hastighed) ved forskellig lysintensitet, og plot resultatet.
• Tegn og forklar kulstof-/iltkredsløbet mellem fotosyntese og respiration, og diskutér hvordan menneskelig CO₂-udledning forstyrrer balancen.

Brobygning

Cellens energiomsætning sker i et vandigt miljø med helt særlige kemiske egenskaber — næste emne er 'Vands rolle og hydrogenbindinger'.