Vsebina
Aerobno dihanje, anaerobno dihanje in fermentacija so metode, s katerimi žive celice proizvajajo energijo iz virov hrane. Medtem ko vsi živi organizmi izvajajo enega ali več teh procesov za proizvodnjo energije, je le izbrana skupina organizmov sposobna proizvajati hrano s fotosintezo iz sončne svetlobe. Vendar se tudi v teh organizmih proizvedena hrana s celičnim dihanjem pretvori v celično energijo. Posebnost aerobnega dihanja po fermentacijskih poteh je predpogoj za kisik in veliko večji donos energije na molekulo glukoze. Fermentacija in anaerobno dihanje imata odsotnost kisika, toda anaerobno dihanje uporablja elektronsko transportno verigo za proizvodnjo energije, tako kot aerobno dihanje, medtem ko fermentacija preprosto zagotavlja molekule, potrebne za nadaljnjo glikolizo, brez kakršne koli proizvodnje energije. dodatno.
Glikoliza
Glikoliza je univerzalna pot, ki se začne v citoplazmi celic za razgradnjo glukoze v kemično energijo. Energija, ki se sprosti iz vsake molekule glukoze, se porabi za povezavo fosfata z vsako od štirih molekul adenozin difosfata (ADP), da nastane dve molekuli adenozin trifosfata (ATP) in dodatna molekula NADH. Energija, shranjena v fosfatni vezi, se uporablja v drugih celičnih reakcijah in se pogosto šteje za "valutno" energijo celice. Ker pa glikoliza zahteva dovajanje energije iz dveh molekul ATP, je neto donos glikolize le dve molekuli ATP na molekulo glukoze. Sama glukoza se med glikolizo razgradi in postane piruvat. Drugi viri goriva, na primer maščobe, se presnavljajo z drugimi postopki, na primer spiralna maščobna kislina, v primeru maščobnih kislin, da tvori molekule goriva, ki lahko med dihanjem vstopijo v dihalne poti.
Aerobno dihanje
Aerobno dihanje se pojavi v prisotnosti kisika in proizvede večino energije za organizme, ki izvajajo ta postopek. V tem procesu se piruvat, ki nastane med glikolizo, pretvori v acetil-koencim A (acetil-CoA), preden vstopi v cikel citronske kisline, znan tudi kot Krebsov cikel. Acetil-CoA se kombinira z oksalacetatom, da nastane citronska kislina v zgodnji fazi cikla citronske kisline. Naslednja serija pretvori citronsko kislino v oksalacetat in proizvede transportno energijo za molekule, imenovane NADH in FADH2. Te molekule energije se preusmerijo v verigo prenosa elektronov ali oksidativno fosforilacijo, kjer proizvedejo večino ATP, ki nastane med aerobnim celičnim dihanjem. Ogljikov dioksid nastaja kot odpadni produkt med Krebsovim ciklusom, medtem ko oksalacetat, ki nastane v enem krogu Krebsovega cikla, kombiniramo z drugim acetil-CoA, da ponovno začnemo postopek. Pri evkariontskih organizmih, kot so rastline in živali, se Krebsov cikel in veriga prenosa elektronov pojavita v specializirani strukturi, imenovani mitohondriji, medtem ko bakterije, sposobne aerobnega dihanja, vodijo te procese vzdolž plazemske membrane, saj nimajo specializirane organele, ki jih najdemo v evkariontskih celicah. Vsak obrat Krebsovega cikla lahko proizvede eno molekulo gvanin trifosfata (GTP), ki se zlahka pretvori v ATP, in dodatnih 17 molekul ATP skozi verigo prenosa elektronov. Ker glikoliza daje dve molekuli piruvata za uporabo v Krebsovem ciklusu, je skupni donos aerobnega dihanja 36 ATP na molekulo glukoze, poleg dveh ATP, proizvedenih med glikolizo. Končni akceptor elektronov med verigo prenosa elektronov je kisik.
Fermentacija
Ne gre zamenjati z anaerobnim dihanjem, fermentacija se zgodi v odsotnosti kisika v citoplazmi celic in pretvori piruvat v odpadni produkt, ki proizvaja energijo za polnjenje molekul, potrebnih za nadaljevanje glikolize. Ker se energija proizvaja le med fermentacijo z glikolizo, je skupni donos na molekulo glukoze dva ATP. Čeprav je proizvodnja energije bistveno manjša od aerobnega dihanja, fermentacija omogoča pretvorbo goriva v energijo, če se nadaljuje brez kisika. Primeri fermentacije vključujejo fermentacijo mlečne kisline pri ljudeh in drugih živalih ter fermentacijo etanola s kvasom. Odpadki se reciklirajo, ko organizem spet preide v aerobno stanje ali se odstrani iz organizma.
Anaerobno dihanje
Najdeno v nekaterih prokariontih, anaerobno dihanje uporablja elektronsko transportno verigo, tako kot aerobno dihanje, toda namesto kisika kot končnega sprejemnika elektronov se uporabljajo drugi elementi. Ti alternativni receptorji vključujejo nitrat, sulfat, žveplo, ogljikov dioksid in druge molekule. Ti procesi pomembno prispevajo k kroženju hranil v tleh, pa tudi omogočajo tem organizmom, da kolonizirajo območja, v katerih drugi organizmi ne morejo bivati. Ti organizmi so lahko obvezni anaerobi, ki lahko izvajajo te procese le v odsotnosti kisika, ali fakultativni anaerobi, ki lahko proizvajajo energijo v prisotnosti ali odsotnosti kisika. Anaerobno dihanje proizvaja manj energije kot aerobno dihanje, ker ti alternativni sprejemniki elektronov niso tako učinkoviti kot kisik.
Fotosinteza
Za razliko od različnih celičnih dihalnih poti rastline, alge in nekatere bakterije uporabljajo fotosintezo za proizvodnjo hrane, potrebne za presnovo. Pri rastlinah se fotosinteza pojavlja v specializiranih strukturah, imenovanih kloroplasti, medtem ko fotosintezne bakterije običajno izvajajo fotosintezo vzdolž membranskih podaljškov plazemske membrane. Fotosintezo lahko razdelimo na dve stopnji: svetlobno odvisne reakcije in svetlobno neodvisne reakcije. Med svetlobno odvisnimi reakcijami se svetlobna energija uporablja za energijo elektronov, odstranjenih iz vode, in ustvarja gradient protonov, ki nato tvorijo visokoenergijske molekule, ki spodbujajo neodvisne svetlobne reakcije. Ko se elektroni izvlečejo iz molekul vode, se razgradijo na kisik in protone. Protoni prispevajo k protonskem gradientu, sprošča pa se kisik. Med neodvisnimi svetlobnimi reakcijami se energija, ki nastane med svetlobnimi reakcijami, uporablja za tvorbo molekul sladkorja iz ogljikovega dioksida s postopkom, imenovanim Calvinov cikel. Calvinov cikel proizvede eno molekulo sladkorja na vsakih šest molekul ogljikovega dioksida. V kombinaciji z molekulami vode, ki se uporabljajo pri reakcijah, odvisnih od svetlobe, je splošna formula za fotosintezo 6 H2O + 6 CO2 + svetloba -> C6H12O6 + 6 O2.