Съдържание
Аеробното дишане, анаеробното дишане и ферментацията са методи за живите клетки да произвеждат енергия от хранителни източници. Докато всички живи организми извършват един или повече от тези процеси, само подбрана група организми е способна фотосинтеза което им позволява да произвеждат храна от слънчева светлина. Въпреки това, дори в тези организми, храната, получена чрез фотосинтеза, се преобразува в клетъчна енергия чрез клетъчно дишане.
Отличителна черта на аеробното дишане в сравнение с ферментационните пътища е предпоставката за кислород и много по-високия добив на енергия на молекула глюкоза.
гликолиза
Гликолизата е универсален начален път, провеждан в цитоплазмата на клетките за разграждане на глюкозата до химическа енергия. Енергията, отделена от всяка молекула глюкоза, се използва за свързване на фосфат към всяка от четирите молекули аденозин дифосфат (ADP) за получаване на две молекули аденозин трифосфат (ATP) и допълнителна молекула на NADH.
Енергията, съхранявана във фосфатната връзка, се използва в други клетъчни реакции и често се разглежда като енергийна "валута" на клетката. Тъй като обаче гликолизата изисква въвеждане на енергия от две молекули АТФ, нетният добив от гликолизата е само две молекули АТФ на молекула глюкоза. Самата глюкоза се разгражда на пируват по време на гликолиза.
Аеробна респирация
Аеробното дишане се случва в митохондриите при наличие на кислород и дава по-голямата част от енергията на организмите, способни на процеса. Пируватът се премества в митохондрии и се превръща в ацетил CoA, който след това се комбинира с оксалоацетат за получаване на лимонена киселина в първия етап на цикъла на лимонената киселина.
Следващата серия превръща лимонената киселина обратно в оксалоацетат и произвежда молекули, носещи енергия, заедно с начин, наречен NADH и FADH2.
Всеки завой на цикъла на Кребс е способен да произвежда една молекула АТФ и допълнителни 17 молекули АТФ през електронно-транспортната верига. Тъй като гликолизата дава две молекули пируват за използване в цикъла на Кребс, общият добив за аеробно дишане е 36 ATP на молекула глюкоза в допълнение към двата АТФ, получени по време на гликолизата.
Терминалният акцептор за електроните по време на електроннотранспортната верига е кислород.
ферментация
За да не се бърка с анаеробното дишане, ферментацията протича при липса на кислород в цитоплазмата на клетките и превръща пируват в отпадъчен продукт, за да се получат молекули, пренасящи енергия, необходими за продължаване на гликолизата. Тъй като единствената енергия, получена по време на ферментацията, е чрез гликолиза, общият добив на молекула глюкоза е два АТФ.
Докато производството на енергия е значително по-малко от аеробното дишане, ферментацията позволява преобразуването на горивото в енергия да продължи при липса на кислород. Примерите за ферментация включват млечнокисела ферментация при хора и други животни и етанолна ферментация чрез мая. Отпадъчните продукти се рециклират, когато организмът отново влезе в аеробно състояние, или се отстранят от организма.
Анаеробна респирация
Намерено в избрани прокариоти, анаеробното дишане използва електронно-транспортна верига, колкото аеробно дишане, но вместо да се използва кислород като терминален приемник на електрон, се използват други елементи. Тези алтернативни акцептори включват нитрати, сулфат, сяра, въглероден диоксид и други молекули.
Тези процеси са важни принос за цикличността на хранителните вещества в почвите, както и позволяват на тези организми да колонизират райони, обитаеми от други организми.
фотосинтеза
За разлика от различните клетъчни дихателни пътища, фотосинтезата се използва от растения, водорасли и някои бактерии за производството на храната, необходима за метаболизма. При растенията фотосинтезата протича в специализирани структури, наречени хлоропласти, докато фотосинтезиращите бактерии обикновено извършват фотосинтеза по протежение на мембранозните разширения на плазмената мембрана.
Фотосинтезата може да бъде разделена на два етапа: светлозависими реакции и на реакции, независими от светлина.
По време на реакциите, зависими от светлината, светлинната енергия се използва за енергизиране на електрони, отстранени от водата и за получаване на а протонен градиент което от своя страна произвежда високоенергийни молекули, които подхранват независимите от светлината реакции. Тъй като електроните се отнемат от водни молекули, водните молекули се разграждат на кислород и протони.
Протоните допринасят за протонния градиент, но кислородът се освобождава. По време на независимите от светлината реакции енергията, получена по време на светлинните реакции, се използва за производството на захарни молекули от въглероден диоксид чрез процес, наречен цикъл на Калвин.
Цикълът Калвин произвежда една молекула захар за всеки шест молекули въглероден диоксид. В комбинация с водните молекули, използвани в реакциите, зависими от светлината, общата формула за фотосинтеза е 6 H20 + 6 CO2 + светлина → C6Н12О6 + 6 О2.