Vsebina
Aerobno dihanje, anaerobno dihanje in vrenje so metode, kako žive celice proizvajajo energijo iz virov hrane. Medtem ko vsi živi organizmi vodijo enega ali več teh procesov, je sposobna le izbrana skupina organizmov fotosinteza kar jim omogoča, da proizvajajo hrano iz sončne svetlobe. Vendar se tudi v teh organizmih hrana, proizvedena s fotosintezo, s pomočjo celičnega dihanja pretvori v celično energijo.
Posebnost aerobnega dihanja v primerjavi s fermentacijskimi potmi je predpogoj za kisik in veliko večji izkoristek energije na molekulo glukoze.
Glikoliza
Glikoliza je univerzalna začetna pot, ki poteka v citoplazmi celic za razgradnjo glukoze v kemično energijo. Energija, ki se sprosti iz vsake molekule glukoze, se uporabi za pritrditev fosfata na vsako od štirih molekul adenozin-difosfata (ADP), da nastaneta dve molekuli adenozin-trifosfata (ATP) in dodatna molekula NADH.
Energija, shranjena v fosfatni vezi, se uporablja v drugih celičnih reakcijah in jo pogosto obravnavamo kot "valuto" energije celice. Ker pa glikoliza zahteva vnos energije iz dveh molekul ATP, je čisti izkoristek glikolize le dve molekuli ATP na molekulo glukoze. Sama glukoza se med glikolizo razgradi v piruvat.
Aerobno dihanje
Aerobno dihanje se pojavi v mitohondrijih ob prisotnosti kisika in daje večino energije organizmom, ki so sposobni procesa. Piruvat se preseli v mitohondrije in pretvori v acetil CoA, ki ga nato kombiniramo z oksaloacetatom, da dobimo citronsko kislino v prvi fazi cikla citronske kisline.
Naslednja serija pretvori citronsko kislino nazaj v oksaloacetat in ustvari molekule, ki prenašajo energijo, skupaj z NADH in FADH2.
Vsak zavoj Krebsovega cikla lahko proizvede eno molekulo ATP-ja in dodatnih 17 molekul ATP skozi transportno verigo elektronov. Ker glikoliza daje dve molekuli piruvata za uporabo v Krebsovem ciklu, je skupni izkoristek aerobnega dihanja 36 ATP na molekulo glukoze poleg dveh ATP, nastalih med glikolizo.
Končni sprejemnik elektronov med verigo prenosa elektronov je kisik.
Fermentacija
Da se ne zamenja z anaerobnim dihanjem, pride do fermentacije brez kisika znotraj citoplazme celic in pretvori piruvat v odpadni produkt, da nastanejo molekule, ki prenašajo energijo, potrebne za nadaljevanje glikolize. Ker je edina energija, pridobljena med fermentacijo, glikoliza, je skupni donos na molekulo glukoze dva ATP.
Medtem ko je proizvodnja energije bistveno manjša od aerobnega dihanja, fermentacija omogoča nadaljevanje pretvorbe goriva v energijo, če kisika ni. Primeri fermentacije vključujejo fermentacijo mlečne kisline pri ljudeh in drugih živalih in fermentacijo etanola s kvasovkami. Odpadni proizvodi se reciklirajo, ko organizem ponovno pride v aerobno stanje, ali pa se odstranijo iz organizma.
Anaerobna dihala
Anaerobno dihanje, ki ga najdemo v izbranih prokariotih, uporablja elektronsko transportno verigo, podobno kot aerobno dihanje, vendar namesto kisika kot terminalnega sprejemnika elektronov uporabljamo druge elemente. Ti nadomestni sprejemniki vključujejo nitrate, sulfat, žveplo, ogljikov dioksid in druge molekule.
Ti procesi pomembno prispevajo k kroženju hranil v tleh in omogočajo, da ti organizmi kolonizirajo območja, ki jih drugi organizmi ne bivajo.
Fotosinteza
Za razliko od različnih celičnih dihalnih poti rastline, alge in nekatere bakterije uporabljajo fotosintezo za proizvodnjo hrane, potrebne za presnovo. V rastlinah fotosinteza poteka v specializiranih strukturah, imenovanih kloroplasti, medtem ko fotosintetske bakterije običajno izvajajo fotosintezo vzdolž membranskih podaljškov plazemske membrane.
Fotosintezo lahko razdelimo na dve stopnji: reakcije, ki so odvisne od svetlobe in reakcije, neodvisne od svetlobe.
Med reakcijami, ki so odvisne od svetlobe, se svetlobna energija porabi za energijo, odstranjeno iz vode, in proizvodnjo a protonski gradient kar posledično proizvaja visoko energijske molekule, ki spodbujajo reakcije, neodvisne od svetlobe. Ko se elektroni odvzamejo iz molekul vode, se molekule vode razgradijo na kisik in protone.
Protoni prispevajo k gradientu protona, vendar se kisik sprosti. Med svetlobnimi neodvisnimi reakcijami se energija, nastala med svetlobnimi reakcijami, porabi za proizvodnjo molekul sladkorja iz ogljikovega dioksida s postopkom, imenovanim Calvin cikel.
Calvin cikel proizvede eno molekulo sladkorja na vsakih šest molekul ogljikovega dioksida. Splošna formula za fotosintezo je v kombinaciji z molekulami vode, ki se uporabljajo v svetlobi odvisnih reakcijah 6 H2O + 6 CO2 + lučka → C6H12O6 + 6 O2.