Innhold
Aerob respirasjon, anaerob respirasjon og gjæring er metodene for levende celler for å produsere energi fra matkilder. Mens alle levende organismer gjør en eller flere av disse prosessene for energiproduksjon, er det bare en valgt gruppe organismer som er i stand til å produsere mat ved fotosyntese fra sollys. Selv i disse organismene omdannes imidlertid den produserte maten til cellulær energi gjennom cellulær respirasjon. Et særtrekk ved aerob respirasjon via gjæringsveier er forutsetningen for oksygen og et mye høyere energiutbytte per glukosemolekyl. Fermentering og anaerob respirasjon deler fraværet av oksygen, men anaerob respirasjon bruker en elektrontransportkjede for energiproduksjon, akkurat som aerob respirasjon, mens fermentering ganske enkelt gir molekylene som er nødvendige for fortsatt glykolyse, uten energiproduksjon. ytterligere.
Glykolyse
Glykolyse er en universell vei startet i cytoplasmaet til celler for å bryte ned glukose til kjemisk energi. Energien frigjort fra hvert glukosemolekyl brukes til å koble et fosfat til hvert av de fire adenosindifosfat (ADP) molekylene for å produsere to molekyler av adenosintrifosfat (ATP) og et ekstra NADH-molekyl. Energien som er lagret i fosfatbindingen brukes i andre cellulære reaksjoner og blir ofte ansett for å være cellens "valuta" -energi. Men siden glykolyse krever tilførsel av energi fra to ATP-molekyler, er nettoutbyttet av glykolyse bare to molekyler ATP per molekyl glukose. Selve glukosen brytes ned under glykolyse og blir pyruvat. Andre drivstoffkilder, for eksempel fett, metaboliseres gjennom andre prosesser, for eksempel spiralfettsyre, i tilfelle av fettsyrer, for å produsere drivstoffmolekyler som kan komme inn i luftveiene på forskjellige punkter under pusten.
Aerob pusting
Aerob respirasjon skjer i nærvær av oksygen og produserer mesteparten av energien til organismer som gjør denne prosessen. I denne prosessen omdannes pyruvatet som produseres under glykolyse til acetyl-koenzym A (acetyl-CoA) før du går inn i sitronsyresyklusen, også kjent som Krebs-syklusen. Acetyl-CoA kombineres med oksalacetat for å produsere sitronsyre i det tidlige stadiet av sitronsyresyklusen. Den påfølgende serien omdanner sitronsyre til oksalacetat og produserer transportenergi for molekyler kalt NADH og FADH2. Disse energimolekylene blir omdirigert til elektrontransportkjeden, eller oksidativ fosforylering, der de produserer mesteparten av ATP produsert under aerob cellulær respirasjon. Karbondioksid produseres som avfallsprodukt under Krebs-syklusen, mens oksalacetatet produsert av en runde av Krebs-syklusen kombineres med en annen acetyl-CoA for å starte prosessen på nytt. I eukaryote organismer, som planter og dyr, forekommer både Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden i en spesialisert struktur som kalles mitokondrier, mens bakterier som er i stand til aerob respirasjon utfører disse prosessene langs plasmamembranen, siden de ikke har spesialiserte organeller som finnes i eukaryote celler. Hver sving av Krebs-syklusen er i stand til å produsere ett molekyl guanintrifosfat (GTP), som lett kan omdannes til ATP, og ytterligere 17 molekyler ATP gjennom elektrontransportkjeden. Siden glykolyse gir to molekyler av pyruvat til bruk i Krebs-syklusen, er det totale utbyttet for aerob respirasjon 36 ATP per molekyl glukose, i tillegg til de to ATP produsert under glykolyse. Terminalmottakeren for elektroner under elektrontransportkjeden er oksygen.
Gjæring
For ikke å forveksle med anaerob respirasjon, skjer gjæring i fravær av oksygen i cytoplasmaet til cellene og omdanner pyruvat til et avfallsprodukt, og produserer energi for å lade molekylene som er nødvendige for å fortsette glykolyse. Siden energi bare produseres under gjæring gjennom glykolyse, er det totale utbyttet per glukosemolekyl to ATP. Selv om energiproduksjonen er vesentlig mindre enn aerob respirasjon, tillater fermentering konvertering av drivstoff til energi å fortsette i fravær av oksygen. Eksempler på gjæring inkluderer gjæring av melkesyre, hos mennesker og andre dyr, og gjæring av etanol med gjær. Avfall resirkuleres når organismen kommer inn i en aerob tilstand igjen eller fjernes fra organismen.
Anaerob pusting
Funnet i noen prokaryoter, bruker anaerob respirasjon en elektrontransportkjede akkurat som aerob respirasjon, men i stedet for å bruke oksygen som en terminal elektronakseptor, brukes andre elementer. Disse alternative reseptorene inkluderer nitrat, sulfat, svovel, karbondioksid og andre molekyler. Disse prosessene er viktige bidragsytere til næringssyklusen i jord, i tillegg til at disse organismer kan kolonisere områder som er ubeboelige av andre organismer. Disse organismer kan være obligatoriske anaerober, i stand til å utføre disse prosessene bare i fravær av oksygen, eller fakultative anaerober, i stand til å produsere energi i nærvær eller fravær av oksygen. Anaerob respirasjon produserer mindre energi enn aerob respirasjon, fordi disse alternative elektronakseptorene ikke er like effektive som oksygen.
Fotosyntese
I motsetning til de forskjellige cellulære respirasjonsveiene, brukes fotosyntese av planter, alger og noen bakterier for å produsere maten som er nødvendig for stoffskiftet. I planter forekommer fotosyntese i spesialiserte strukturer som kalles kloroplaster, mens fotosyntetiske bakterier vanligvis utfører fotosyntese langs membranforlengelser av plasmamembranen. Fotosyntese kan deles inn i to trinn: lysavhengige reaksjoner og lysuavhengige reaksjoner. Under lysavhengige reaksjoner brukes lysenergi til å energisere elektroner fjernet fra vann og produsere en gradient av protoner, som igjen produserer høyenergimolekyler som gir drivstoff til uavhengige lysreaksjoner. Når elektroner trekkes ut av vannmolekyler, brytes de ned i oksygen og protoner. Protoner bidrar til protongradienten, men oksygen frigjøres. Under uavhengige lysreaksjoner brukes energien som produseres under lysreaksjoner til å produsere sukkermolekyler fra karbondioksid gjennom en prosess som kalles Calvin Cycle. Calvin-syklusen produserer ett sukkermolekyl for hver seks molekyler karbondioksid. Kombinert med vannmolekylene som brukes i lysavhengige reaksjoner, er den generelle formelen for fotosyntese 6 H2O + 6 CO2 + lys -> C6H12O6 + 6 O2.