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La fotosíntesis es un proceso que dificílmente pueda mantener la vida de un ser vivo. La fotosíntesis produce alimentos, pero todos los organismo, fotosintéticos o no, deben entonces extraer energía de esos alimentos mediante un proceso conocido como respiración. En la respiración, que se produce en las mitocondrias, los organismos rompen las moléculas orgánicas en presencia de oxígeno y convierten la energía almacenada en ATP. Las células utilizan luego la energía del ATP para realizar el trabajo. En otras palabras, la respiración recoge la energía de los alimentos producidos por la fotosíntesis. Cada proceso depende de los productos resultantes del otro, pues la respiración utiliza los azúcares y el O2 para producir CO2, H2O y ATP, mientras que la fotosíntesis utiliza CO2 y H2O para producir azúcares y O2.
La respiración es un proceso exergónico, que tiene como resultado una salida de energía libre en forma de ATP, mientras que la fotosíntesis es un proceso endergónico, cuyo resultado es una entrada neta de energía libre.