Innehåll
Aerob andning, anaerob andning och jäsning är metoder för levande celler för att producera energi från matkällor. Medan alla levande organismer utför en eller flera av dessa processer är det bara en utvald grupp av organismer som kan fotosyntes vilket gör att de kan producera mat från solljus. Men även i dessa organismer omvandlas maten som produceras genom fotosyntes till cellulär energi genom cellulär andning.
Ett utmärkande drag hos aerob andning jämfört med fermentationsvägar är förutsättningen för syre och det mycket högre utbytet av energi per molekyl glukos.
glykolys
Glykolys är en universell startväg som genomförs i cellens cytoplasma för att bryta ner glukos till kemisk energi. Energin som frigörs från varje glukosmolekyl används för att fästa ett fosfat till var och en av fyra molekyler av adenosindifosfat (ADP) för att producera två molekyler av adenosintrifosfat (ATP) och en ytterligare molekyl av NADH.
Energin lagrad i fosfatbindningen används vid andra cellreaktioner och betraktas ofta som cellens "valuta". Eftersom glykolys kräver tillförsel av energi från två molekyler av ATP är nettoutbytet från glykolys emellertid endast två molekyler av ATP per molekyl glukos. Själva glukosen bryts ned i pyruvat under glykolys.
Aerob andning
Aerob andning förekommer i mitokondrier i närvaro av syre och ger merparten av energi för organismer som kan processen. Pyruvat flyttas till mitokondrier och omvandlas till acetyl CoA, som sedan kombineras med oxaloacetat för att producera citronsyra i det första steget av citronsyrecykeln.
Den efterföljande serien konverterar citronsyran tillbaka till oxaloacetat och producerar energibärande molekyler tillsammans med vägen som kallas NADH och FADH2.
Varje sväng av Krebs-cykeln kan producera en molekyl ATP och ytterligare 17 molekyler av ATP genom elektrontransportkedjan. Eftersom glykolys ger två molekyler av pyruvat för användning i Krebs-cykeln är det totala utbytet för aerob andning 36 ATP per molekyl glukos utöver de två ATP som produceras under glykolys.
Den terminala acceptorn för elektronerna under elektrontransportkedjan är syre.
Jäsning
För att inte förväxlas med anaerob andning sker fermentering i frånvaro av syre i cellens cytoplasma och omvandlar pyruvat till en avfallsprodukt för att producera de energibärande molekylerna som behövs för att fortsätta glykolys. Eftersom den enda energin som produceras under jäsningen är genom glykolys är det totala utbytet per molekyl glukos två ATP.
Medan energiproduktionen är väsentligt mindre än aerob andning, tillåter fermentering omvandlingen av bränsle till energi att fortsätta i frånvaro av syre. Exempel på fermentering inkluderar mjölksyrafermentering hos människor och andra djur och etanolfermentering med jäst. Avfallsprodukterna återvinns antingen när organismen återgår till ett aerobt tillstånd eller tas bort från organismen.
Anaerob andning
Finns i utvalda prokaryoter, anaerob andning använder en elektrontransportkedja mycket som aerob andning, men i stället för att använda syre som en terminal elektronacceptor används andra element. Dessa alternativa acceptorer inkluderar nitrat, sulfat, svavel, koldioxid och andra molekyler.
Dessa processer är viktiga bidragsgivare till cykling av näringsämnen i jordar såväl som för att dessa organismer kan kolonisera områden som är obebodda av andra organismer.
Fotosyntes
Till skillnad från de olika cellulära respirationsvägarna används fotosyntes av växter, alger och vissa bakterier för att producera den mat som behövs för metabolism. Hos växter inträffar fotosyntes i specialstrukturer som kallas kloroplaster medan fotosyntetiska bakterier vanligtvis utför fotosyntes längs membranförlängningar av plasmamembranet.
Fotosyntesen kan delas in i två steg: ljusberoende reaktioner och den ljusoberoende reaktioner.
Under de ljusberoende reaktionerna används ljusenergi för att aktivera elektroner som tas bort från vatten och producera en protongradient som i sin tur producerar molekyler med hög energi som bränsle de ljusoberoende reaktionerna. När elektronerna avlägsnas från vattenmolekyler bryts vattenmolekylerna ner i syre och protoner.
Protonerna bidrar till protongradienten men syret frigörs. Under de ljusoberoende reaktionerna används energin som produceras under ljusreaktionerna för att producera sockermolekyler från koldioxid genom en process som kallas Calvin Cycle.
Calvin Cycle producerar en molekyl socker för varje sex molekyler koldioxid. I kombination med de vattenmolekyler som används i de ljusberoende reaktionerna är den allmänna formeln för fotosyntes 6 H2O + 6 CO2 + ljus → C6H12O6 + 6 O2.