Черты различия между фотосинтезом и дыханием

Ниже — главное, что отличает фотосинтез от дыхания клеток, в разрезе «что/где/зачем/как».

1. Назначение процесса

• Фотосинтез — анаболический процесс: из простых неорганических веществ (CO₂ и H₂O) строятся органические молекулы, запасается энергия.

• Клеточное дыхание — катаболический процесс: органические вещества (обычно глюкоза) расщепляются до CO₂ и H₂O, высвобождается энергия.

2. Энергетика

• Фотосинтез — поглощает световую энергию и превращает её в химическую (АТФ и восстановительный эквивалент NADPH), затем «упаковывает» в связи органических молекул. Общая реакция (укрупнённо):
  6CO₂ + 6H₂O + свет → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

• Дыхание — высвобождает энергию, запасённую в органических молекулах, и переводит её в АТФ. Общая реакция (укрупнённо — обратная фотосинтезу):
  C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + энергия (АТФ и тепло).

3. Где происходит

• Фотосинтез — в хлоропластах (у растений и водорослей), в тилакоидах (световые реакции) и строме (цикл Кальвина). У фотосинтезирующих прокариот — на впячиваниях плазматической мембраны.

• Дыхание — у эукариот в митохондриях: матрикс (пируват-дегидрогеназа, цикл Кребса), внутренняя мембрана/кристы (электрон-транспортная цепь и синтез АТФ). У бактерий — на плазматической мембране и в цитозоле.

4. Участники и условия

• Фотосинтез — нужен свет, пигменты (хлорофиллы, каротиноиды), вода как донор электронов (в кислородном фотосинтезе), NADP⁺ → NADPH; выделяется O₂.

• Дыхание — свет не нужен; используют органические субстраты (глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты), акцептор электронов — обычно O₂ (аэробное дыхание); NADH и FADH₂ отдают электроны в цепь переноса.

5. Газообмен и цикл элементов

• Фотосинтез — потребляет CO₂, выделяет O₂; является «входом» углерода в биосферный круговорот и источником атмосферного кислорода.

• Дыхание — потребляет O₂ (в аэробных условиях), выделяет CO₂; возвращает углерод в атмосферу/гидросферу.

6. Направление окислительно-восстановительных реакций

• Фотосинтез — восстановление углерода (CO₂ → углеводы), окисление воды (H₂O → O₂).

• Дыхание — окисление органики (углеводов, липидов), восстановление кислорода до воды.

7. Баланс АТФ

• Фотосинтез — АТФ синтезируется светозависимо (фотофосфорилирование) и расходуется на фиксацию CO₂ (цикл Кальвина).

• Дыхание — основная «выручка» АТФ: субстратное фосфорилирование (гликолиз/цикл Кребса) + окислительное фосфорилирование (электрон-транспортная цепь).

8. Стадии

• Фотосинтез — световые реакции (фотосистемы II и I, фотолиз воды, перенос электронов, синтез АТФ и NADPH) и темновая фаза/цикл Кальвина (фиксация CO₂, восстановление, регенерация RuBP).

• Дыхание — гликолиз (цитозоль), окислительное декарбоксилирование пирувата (митохондрии), цикл Кребса, электрон-транспортная цепь и синтаза АТФ.

9. Организмы

• Фотосинтез — растения, водоросли, цианобактерии (и некоторые бактерии — с аноксигенным фотосинтезом).

• Дыхание — практически все живые организмы; у анаэробов — альтернативные акцепторы электронов (нитраты, сульфаты и т.п.) или ферментация (без полноценной ЭТЦ).

10. Итог по сути

• Фотосинтез и дыхание — два взаимодополняющих потока вещества и энергии: первый «заряжает биосферную батарею» органикой и кислородом, второй «снимает заряд», возвращая CO₂ и воду и получая АТФ для работы клеток.