Indhold
Aerob respiration, anaerob respiration og gæring er metoderne for levende celler til at producere energi fra fødekilder. Mens alle levende organismer udfører en eller flere af disse processer til energiproduktion, er kun en udvalgt gruppe af organismer i stand til at producere mad ved fotosyntese fra sollys. Men selv i disse organismer omdannes den producerede mad til cellulær energi gennem cellulær respiration. Et særpræg ved aerob respiration via fermenteringsveje er forudsætningen for ilt og et meget højere energiudbytte pr. Glukosemolekyle. Fermentering og anaerob respiration deler fraværet af ilt, men anaerob respiration bruger en elektrontransportkæde til energiproduktion, ligesom aerob respiration, mens fermentering simpelthen tilvejebringer de molekyler, der er nødvendige for fortsat glykolyse uden nogen energiproduktion. ekstra.
Glykolyse
Glykolyse er en universel vej startet i cytoplasmaet af celler for at nedbryde glukose til kemisk energi. Energien frigivet fra hvert glukosemolekyle bruges til at forbinde et phosphat til hvert af de fire adenosindiphosphat (ADP) -molekyler til at producere to molekyler adenosintriphosphat (ATP) og et yderligere NADH-molekyle. Den energi, der er lagret i phosphatbindingen, anvendes i andre cellulære reaktioner og betragtes ofte som cellens "valuta" -energi. Da glycolyse imidlertid kræver tilførsel af energi fra to ATP-molekyler, er nettoudbyttet af glycolyse kun to ATP-molekyler pr. Molekyle glukose. Selve glukosen nedbrydes under glykolyse og bliver pyruvat. Andre brændstofkilder, såsom fedtstoffer, metaboliseres gennem andre processer, for eksempel spiralfedtsyre, i tilfælde af fedtsyrer, for at producere brændstofmolekyler, der kan komme ind i luftvejene på forskellige punkter under vejrtrækning.
Aerob vejrtrækning
Aerob respiration forekommer i nærvær af ilt og producerer det meste af energien til organismer, der udfører denne proces. I denne proces omdannes det pyruvat, der produceres under glycolyse, til acetyl-coenzym A (acetyl-CoA), inden det går ind i citronsyrecyklussen, også kendt som Krebs-cyklussen. Acetyl-CoA kombineres med oxalacetat for at producere citronsyre i den tidlige fase af citronsyrecyklussen. Den efterfølgende serie omdanner citronsyre til oxalacetat og producerer transportenergi til molekyler kaldet NADH og FADH2. Disse energimolekyler omdirigeres til elektrontransportkæden eller oxidativ fosforylering, hvor de producerer det meste af ATP, der produceres under aerob cellulær respiration. Kuldioxid produceres som et affaldsprodukt under Krebs-cyklussen, mens oxalacetat produceret af en runde af Krebs-cyklussen kombineres med en anden acetyl-CoA for at starte processen igen. I eukaryote organismer, såsom planter og dyr, forekommer både Krebs-cyklussen og elektrontransportkæden i en specialiseret struktur kaldet mitokondrier, mens bakterier, der er i stand til aerob respiration, udfører disse processer langs plasmamembranen, da de ikke har specialiserede organeller, der findes i eukaryote celler. Hver drejning af Krebs-cyklussen er i stand til at producere et molekyle guanintriphosphat (GTP), der let omdannes til ATP, og yderligere 17 molekyler ATP gennem elektrontransportkæden. Da glykolyse giver to pyruvatmolekyler til brug i Krebs-cyklussen, er det samlede udbytte for aerob respiration 36 ATP pr. Molekyle glukose, ud over de to ATP, der produceres under glykolyse. Terminalacceptoren til elektroner under elektrontransportkæden er ilt.
Fermentering
For ikke at forveksle med anaerob respiration, sker fermentering i fravær af ilt i cytoplasmaet i cellerne og omdanner pyruvat til et affaldsprodukt, der producerer energi til at oplade de molekyler, der er nødvendige for at fortsætte glykolyse. Da energi kun produceres under fermentering gennem glykolyse, er det samlede udbytte pr. Glukosemolekyle to ATP. Selvom energiproduktionen er væsentligt mindre end aerob respiration, tillader gæring omdannelsen af brændstof til energi at fortsætte i fravær af ilt. Eksempler på gæring indbefatter gæring af mælkesyre hos mennesker og andre dyr og gæring af ethanol med gær. Affald genbruges, når organismen kommer ind i en aerob tilstand igen eller fjernes fra organismen.
Anaerob vejrtrækning
Fundet i nogle prokaryoter bruger anaerob respiration en elektrontransportkæde ligesom aerob respiration, men i stedet for at bruge ilt som en terminal elektronacceptor bruges andre elementer. Disse alternative receptorer inkluderer nitrat, sulfat, svovl, kuldioxid og andre molekyler. Disse processer er vigtige bidragydere til næringsstofcyklussen i jord, såvel som at lade disse organismer kolonisere områder, der er ubeboelige af andre organismer. Disse organismer kan være obligatoriske anaerober, der kun er i stand til at udføre disse processer i fravær af ilt eller fakultative anaerober, der er i stand til at producere energi i nærvær eller fravær af ilt. Anaerob respiration producerer mindre energi end aerob respiration, fordi disse alternative elektronacceptorer ikke er så effektive som ilt.
Fotosyntese
I modsætning til de forskellige cellulære respirationsveje bruges fotosyntese af planter, alger og nogle bakterier til at producere den mad, der er nødvendig til stofskiftet. I planter forekommer fotosyntese i specialiserede strukturer kaldet kloroplaster, mens fotosyntetiske bakterier typisk udfører fotosyntese langs membranforlængelser af plasmamembranen. Fotosyntese kan opdeles i to faser: lysafhængige reaktioner og lysuafhængige reaktioner. Under lysafhængige reaktioner bruges lysenergi til at aktivere elektroner fjernet fra vand og producere en gradient af protoner, som igen producerer højenergimolekyler, der fremmer uafhængige lysreaktioner. Når elektroner trækkes ud af vandmolekyler, nedbrydes de i ilt og protoner. Protoner bidrager til protongradienten, men ilt frigives. Under uafhængige lysreaktioner bruges den energi, der produceres under lysreaktioner, til at producere sukkermolekyler ud fra kuldioxid gennem en proces kaldet Calvin Cycle. Calvin Cycle producerer et sukkermolekyle for hver seks kuldioxidmolekyler. Kombineret med de vandmolekyler, der anvendes i lysafhængige reaktioner, er den generelle formel for fotosyntese 6 H2O + 6 CO2 + lys -> C6H12O6 + 6 O2.