Садржај
Аеробно дисање, анаеробно дисање и ферментација методе су за које ћелије производе енергију из извора хране. Док сви живи организми раде један или више ових процеса за производњу енергије, само је одабрана група организама способна да производи храну фотосинтезом од сунчеве светлости. Међутим, чак и код ових организама, произведена храна се ћелијским дисањем претвара у ћелијску енергију. Карактеристична карактеристика аеробног дисања путем путева ферментације је предуслов за кисеоник и много већи принос енергије по молекулу глукозе. Ферментација и анаеробно дисање деле одсуство кисеоника, али анаеробно дисање користи ланац преноса електрона за производњу енергије, баш као и аеробно дисање, док ферментација једноставно обезбеђује молекуле неопходне за континуирану гликолизу, без икакве производње енергије. додатни.
Гликолиза
Гликолиза је универзални пут покренут у цитоплазми ћелија за разградњу глукозе у хемијску енергију. Енергија која се ослобађа из сваког молекула глукозе користи се за повезивање фосфата са сваким од четири молекула аденозин дифосфата (АДП) за производњу два молекула аденозин трифосфата (АТП) и додатног молекула НАДХ. Енергија ускладиштена у фосфатној вези користи се у другим ћелијским реакцијама и често се сматра енергијом ћелије у „валути“. Међутим, пошто гликолиза захтева снабдевање енергијом из два молекула АТП, нето принос гликолизе је само два молекула АТП по молекулу глукозе. Сама глукоза се разграђује током гликолизе, постајући пируват. Други извори горива, попут масти, метаболишу се кроз друге процесе, на пример, спирална масна киселина, у случају масних киселина, да би произвела молекуле горива који могу да уђу у дисајне путеве на различитим тачкама током дисања.
Аеробно дисање
Аеробно дисање се јавља у присуству кисеоника и производи већину енергије за организме који раде овај процес. У овом процесу, пируват произведен током гликолизе претвара се у ацетил-коензим А (ацетил-ЦоА) пре уласка у циклус лимунске киселине, познат и као Кребсов циклус. Ацетил-ЦоА се комбинује са оксалацетатом да би се произвела лимунска киселина у раној фази циклуса лимунске киселине. Следеће серије претварају лимунску киселину у оксалацетат и производе транспортну енергију за молекуле назване НАДХ и ФАДХ2. Ови молекули енергије преусмеравају се у ланац транспорта електрона, или оксидативну фосфорилацију, где производе већину АТП-а произведеног током аеробног ћелијског дисања. Угљен-диоксид се производи као отпадни производ током Кребсовог циклуса, док се оксалацетат произведен у једном кругу Кребсовог циклуса комбинује са другим ацетил-ЦоА да би се поново започео поступак. У еукариотским организмима, као што су биљке и животиње, Кребсов циклус и ланац транспорта електрона јављају се у специјализованој структури која се назива митохондрији, док бактерије способне за аеробно дисање воде ове процесе дуж плазматске мембране, јер немају специјализоване органеле пронађене у еукариотским ћелијама. Сваки заокрет Кребсовог циклуса способан је да произведе један молекул гванин трифосфата (ГТП), који се лако претвара у АТП, и додатних 17 молекула АТП кроз ланац транспорта електрона. Пошто гликолиза даје два молекула пирувата за употребу у Кребсовом циклусу, укупан принос за аеробно дисање је 36 АТП по молекулу глукозе, поред два АТП-а произведена током гликолизе. Крајњи акцептор електрона током ланца транспорта електрона је кисеоник.
Ферментација
Да се не помеша са анаеробним дисањем, ферментација се дешава у одсуству кисеоника у цитоплазми ћелија и претвара пируват у отпадни производ, производећи енергију за пуњење молекула неопходних за наставак гликолизе. Будући да се енергија производи само током ферментације гликолизом, укупан принос по молекулу глукозе је два АТП. Иако је производња енергије знатно мања од аеробног дисања, ферментација омогућава претварање горива у енергију да се настави у одсуству кисеоника. Примери ферментације укључују ферментацију млечне киселине код људи и других животиња и ферментацију етанола квасцем. Отпад се рециклира када организам поново уђе у аеробно стање или се уклони из организма.
Анаеробно дисање
Нађено код неких прокариота, анаеробно дисање користи ланац преноса електрона баш као и аеробно дисање, али уместо да се кисеоник користи као терминални акцептор електрона, користе се други елементи. Ови алтернативни рецептори укључују нитрате, сулфате, сумпор, угљен-диоксид и друге молекуле. Ови процеси имају важан допринос храњивом циклусу у земљишту, као и омогућавање овим организмима да колонизују подручја у којима други организми не живе. Ови организми могу бити обавезни анаероби, способни да спроводе ове процесе само у одсуству кисеоника, или факултативни анаероби, способни да производе енергију у присуству или одсуству кисеоника. Анаеробно дисање производи мање енергије од аеробног, јер ови алтернативни електронски акцептори нису толико ефикасни као кисеоник.
Фотосинтеза
За разлику од различитих ћелијских путева дисања, биљке, алге и неке бактерије користе фотосинтезу за производњу хране неопходне за метаболизам. У биљкама се фотосинтеза јавља у специјализованим структурама званим хлоропласти, док фотосинтетске бактерије обично врше фотосинтезу дуж мембранских продужетака плазмене мембране. Фотосинтеза се може поделити у две фазе: реакције зависне од светлости и реакције независне од светлости. Током реакција зависних од светлости, светлосна енергија се користи за енергизацију електрона уклоњених из воде и стварање градијента протона, који заузврат производе молекуле високе енергије који подстичу независне светлосне реакције. Како се електрони извлаче из молекула воде, они се разлажу на кисеоник и протоне. Протони доприносе градијенту протона, али се ослобађа кисеоник. Током независних светлосних реакција, енергија произведена током светлосних реакција користи се за производњу молекула шећера од угљен-диоксида кроз процес назван Цалвинов циклус. Калвинов циклус производи један молекул шећера на сваких шест молекула угљен-диоксида. У комбинацији са молекулима воде који се користе у реакцијама зависним од светлости, општа формула за фотосинтезу је 6 Х2О + 6 ЦО2 + светлост -> Ц6Х12О6 + 6О2.