Indhold
Aerob respiration, anaerob respiration og gæring er metoder til levende celler til at producere energi fra madkilder. Mens alle levende organismer udfører en eller flere af disse processer, er det kun en udvalgt gruppe organismer, der er i stand til fotosyntese som giver dem mulighed for at fremstille mad fra sollys. Selv i disse organismer omdannes fødevarer, der produceres ved fotosyntesen, imidlertid til cellulær energi gennem cellulær respiration.
Et kendetegn ved aerob respiration sammenlignet med fermenteringsveje er forudsætningen for ilt og det meget højere udbytte af energi pr. Molekyle glukose.
glykolyse
Glykolyse er en universel startvej, der udføres i cytoplasmaet i celler til nedbrydning af glukose til kemisk energi. Energien frigivet fra hvert molekyle af glukose bruges til at fastgøre et fosfat til hvert af fire molekyler af adenosindiphosphat (ADP) til at producere to molekyler af adenosintriphosphat (ATP) og et yderligere molekyle af NADH.
Energien, der er lagret i phosphatbindingen, bruges i andre cellulære reaktioner og betragtes ofte som energien "valuta" i cellen. Da glycolyse imidlertid kræver tilførsel af energi fra to molekyler af ATP, er nettoudbyttet fra glycolyse kun to molekyler af ATP pr. Molekyle glukose. Selve glukosen nedbrydes til pyruvat under glykolyse.
Aerob respiration
Aerob respiration forekommer i mitokondrier i nærvær af ilt og giver størstedelen af energi til organismer, der er i stand til processen. Pyruvat flyttes til mitochondria og omdannes til acetyl CoA, som derefter kombineres med oxaloacetat for at producere citronsyre i det første trin i citronsyrecyklus.
Den efterfølgende serie omdanner citronsyren tilbage til oxaloacetat og producerer energibærende molekyler sammen med vej kaldet NADH og FADH2.
Hver tur i Krebs-cyklussen er i stand til at producere et molekyle ATP og yderligere 17 molekyler af ATP gennem elektrontransportkæden. Da glycolyse giver to molekyler af pyruvat til anvendelse i Krebs-cyklussen, er det samlede udbytte for aerob respiration 36 ATP pr. Molekyle glukose ud over de to ATP, der er produceret under glycolyse.
Den terminale acceptor for elektronerne under elektrontransportkæden er ilt.
Fermentation
For ikke at forveksle med anaerob respiration foregår fermentering i fravær af ilt inden i cytoplasmaet i celler og omdanner pyruvat til et affaldsprodukt for at producere de energibærende molekyler, der er nødvendige for at fortsætte glycolyse. Da den eneste energi, der produceres under gæring, er gennem glykolyse, er det samlede udbytte pr. Molekyle glukose to ATP.
Mens energiproduktionen er væsentligt mindre end aerob respiration, tillader fermentering, at omdannelsen af brændstof til energi fortsætter i fravær af ilt. Eksempler på fermentering inkluderer mælkesyrefermentering hos mennesker og andre dyr og ethanolfermentering med gær. Affaldsprodukter genanvendes enten, når organismen går ind i en aerob tilstand eller fjernes fra organismen.
Anaerob respiration
Fundet i udvalgte prokaryoter, bruger anaerob respiration en elektrontransportkæde meget som aerob respiration, men i stedet for at bruge ilt som en terminal elektronacceptor bruges andre elementer. Disse alternative acceptorer inkluderer nitrat, sulfat, svovl, carbondioxid og andre molekyler.
Disse processer er vigtige bidragydere til cyklering af næringsstoffer inden for jord, såvel som tillader disse organismer at kolonisere områder, der er ubeboelige af andre organismer.
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 metabolisme. Hos planter forekommer fotosyntesen i specialiserede strukturer kaldet chloroplaster, mens fotosyntetiske bakterier typisk udfører fotosyntesen langs membranagtige udvidelser af plasmamembranen.
Fotosyntese kan opdeles i to faser: lysafhængige reaktioner og lysuafhængige reaktioner.
Under de lysafhængige reaktioner bruges lysenergi til at give energi til elektroner fjernet fra vandet og frembringe en proton gradient der igen producerer molekyler med høj energi, der brænder de lysuafhængige reaktioner. Når elektronerne strippes fra vandmolekyler, nedbrydes vandmolekylerne til ilt og protoner.
Protonerne bidrager til protongradienten, men ilt frigives. Under de lysuafhængige reaktioner bruges den energi, der produceres under lysreaktionerne, til at producere sukkermolekyler fra kuldioxid gennem en proces kaldet Calvin Cycle.
Calvin Cycle producerer et molekyle sukker for hver seks molekyler af kuldioxid. Kombineret med de vandmolekyler, der anvendes i de lysafhængige reaktioner, er den generelle formel for fotosyntesen 6 H2O + 6 CO2 + lys → C6H12O6 + 6 O2.