Περιεχόμενο
Η αερόβια αναπνοή, η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση είναι μέθοδοι για τα ζωντανά κύτταρα που παράγουν ενέργεια από πηγές τροφίμων. Ενώ όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί διεξάγουν μία ή περισσότερες από αυτές τις διεργασίες, μόνο μία επιλεγμένη ομάδα οργανισμών είναι ικανή φωτοσύνθεση που τους επιτρέπει να παράγουν τρόφιμα από το ηλιακό φως. Ωστόσο, ακόμη και σε αυτούς τους οργανισμούς, τα τρόφιμα που παράγονται με φωτοσύνθεση μετατρέπονται σε κυτταρική ενέργεια μέσω κυτταρικής αναπνοής.
Ένα χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό της αερόβιας αναπνοής σε σύγκριση με τις οδούς ζύμωσης είναι η προϋπόθεση για το οξυγόνο και η πολύ υψηλότερη απόδοση ενέργειας ανά μόριο γλυκόζης.
Γλυκόλυση
Η γλυκόλυση είναι μια καθολική οδός έναρξης που διεξάγεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων για τη διάσπαση της γλυκόζης σε χημική ενέργεια. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από κάθε μόριο γλυκόζης χρησιμοποιείται για την προσάρτηση ενός φωσφορικού άλατος σε κάθε ένα από τα τέσσερα μόρια διφωσφορικής αδενοσίνης (ADP) για την παραγωγή δύο μορίων τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) και ενός επιπλέον μορίου NADH.
Η ενέργεια που αποθηκεύεται στον φωσφορικό δεσμό χρησιμοποιείται σε άλλες κυτταρικές αντιδράσεις και θεωρείται συχνά ως ενεργειακό "νόμισμα" του κυττάρου. Ωστόσο, δεδομένου ότι η γλυκόλυση απαιτεί την εισαγωγή ενέργειας από δύο μόρια ΑΤΡ, η καθαρή απόδοση από τη γλυκόλυση είναι μόνο δύο μόρια ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης. Η ίδια η γλυκόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης.
Αερόβια αναπνοή
Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια παρουσία οξυγόνου και αποδίδει την πλειοψηφία της ενέργειας για τους οργανισμούς που είναι ικανοί για τη διαδικασία. Το πυροσταφυλικό υλικό μεταφέρεται σε μιτοχόνδρια και μετατρέπεται σε ακετυλ CoA, το οποίο στη συνέχεια συνδυάζεται με οξαλοξικό για να παράγει κιτρικό οξύ στο πρώτο στάδιο του κύκλου του κιτρικού οξέος.
Η μεταγενέστερη σειρά μετατρέπει το κιτρικό οξύ πίσω σε οξαλοξεικό και παράγει μόρια που φέρουν ενέργεια μαζί με τον τρόπο που ονομάζεται NADH και FADH2.
Κάθε στροφή του κύκλου του Krebs είναι ικανή να παράγει ένα μόριο ΑΤΡ και άλλα 17 μόρια ΑΤΡ μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι η γλυκόλυση παράγει δύο μόρια πυροσταφυλικού για χρήση στον κύκλο Krebs, η συνολική απόδοση για αερόβια αναπνοή είναι 36 ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης επιπλέον των δύο ΑΤΡ που παράγονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης.
Ο αποδέκτης τερματικού για τα ηλεκτρόνια κατά την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι οξυγόνο.
Ζύμωση
Για να μην συγχέεται με την αναερόβια αναπνοή, η ζύμωση συμβαίνει απουσία οξυγόνου στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων και μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε ένα απόβλητο προϊόν για να παράγει τα μόρια μεταφοράς ενέργειας που απαιτούνται για τη συνέχιση της γλυκόλυσης. Δεδομένου ότι η μόνη ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια της ζύμωσης είναι μέσω γλυκόλυσης, η συνολική απόδοση ανά μόριο γλυκόζης είναι δύο ΑΤΡ.
Ενώ η παραγωγή ενέργειας είναι ουσιαστικά μικρότερη από την αερόβια αναπνοή, η ζύμωση επιτρέπει τη μετατροπή του καυσίμου σε ενέργεια για να συνεχιστεί απουσία οξυγόνου. Παραδείγματα ζύμωσης περιλαμβάνουν ζύμωση γαλακτικού οξέος σε ανθρώπους και άλλα ζώα και ζύμωση με αιθανόλη από ζύμη. Τα προϊόντα αποβλήτων είτε ανακυκλώνονται όταν ο οργανισμός επανέρχεται σε αερόβια κατάσταση είτε απομακρύνεται από τον οργανισμό.
Αναερόβια αναπνοή
Βρέθηκε σε επιλεγμένους προκαρυώτες, η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, όπως η αερόβια αναπνοή, αλλά αντί να χρησιμοποιεί το οξυγόνο ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων, χρησιμοποιούνται άλλα στοιχεία. Αυτοί οι εναλλακτικοί δέκτες περιλαμβάνουν νιτρικό, θειικό, θείο, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα μόρια.
Αυτές οι μέθοδοι είναι σημαντικοί παράγοντες που συμβάλλουν στην ανακύκλωση των θρεπτικών συστατικών εντός των εδαφών καθώς και επιτρέπουν σε αυτούς τους οργανισμούς να αποικίζουν περιοχές ακατοίκητες από άλλους οργανισμούς.
Φωτοσύνθεση
Σε αντίθεση με τις διάφορες οδούς κυτταρικής αναπνοής, η φωτοσύνθεση χρησιμοποιείται από τα φυτά, τα άλγη και κάποια βακτήρια για να παράγουν τα τρόφιμα που χρειάζονται για το μεταβολισμό. Στα φυτά, η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε εξειδικευμένες δομές που ονομάζονται χλωροπλάστες ενώ τα φωτοσυνθετικά βακτήρια τυπικά διεξάγουν φωτοσύνθεση κατά μήκος των μεμβρανών επεκτάσεων της μεμβράνης πλάσματος.
Η φωτοσύνθεση μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια: το αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως και το αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως.
Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων που εξαρτώνται από το φως, η φωτεινή ενέργεια χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει τα ηλεκτρόνια που αφαιρούνται από το νερό και παράγουν α βαθμίδα πρωτονίων που με τη σειρά του παράγει μόρια υψηλής ενέργειας που τροφοδοτούν τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως. Καθώς τα ηλεκτρόνια απογυμνώνονται από τα μόρια του νερού, τα μόρια του νερού διασπώνται σε οξυγόνο και πρωτόνια.
Τα πρωτόνια συμβάλλουν στην βαθμίδα του πρωτονίου αλλά το οξυγόνο απελευθερώνεται. Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων ανεξάρτητων από το φως, η ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων φωτός χρησιμοποιείται για την παραγωγή μορίων ζάχαρης από διοξείδιο του άνθρακα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται Κύκλος Calvin.
Ο κύκλος Calvin παράγει ένα μόριο ζάχαρης για κάθε έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Σε συνδυασμό με τα μόρια νερού που χρησιμοποιούνται στις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως, ο γενικός τύπος για τη φωτοσύνθεση είναι 6 Η2O + 6 CO2 + φως → C6H12Ο6 + 6 Ο2.