Sadržaj
Aerobno disanje, anaerobno disanje i fermentacija metode su za koje žive stanice proizvode energiju iz izvora hrane. Dok svi živi organizmi rade jedan ili više ovih procesa za proizvodnju energije, samo je odabrana skupina organizama sposobna proizvoditi hranu fotosintezom od sunčeve svjetlosti. Međutim, čak i u tim organizmima, proizvedena hrana pretvara se u staničnu energiju, staničnim disanjem. Karakteristična karakteristika aerobnog disanja putem fermentacije preduvjet je kisika i mnogo veći prinos energije po molekuli glukoze. Fermentacija i anaerobno disanje dijele odsutnost kisika, ali anaerobno disanje koristi lanac prijenosa elektrona za proizvodnju energije, baš kao i aerobno disanje, dok fermentacija jednostavno daje molekule potrebne za kontinuiranu glikolizu, bez ikakve proizvodnje energije. dodatni.
Glikoliza
Glikoliza je univerzalni put pokrenut u citoplazmi stanica za razgradnju glukoze u kemijsku energiju. Energija koja se oslobađa iz svake molekule glukoze koristi se za povezivanje fosfata sa svakom od četiri molekule adenozin difosfata (ADP) za proizvodnju dvije molekule adenozin trifosfata (ATP) i dodatne molekule NADH. Energija pohranjena u fosfatnoj vezi koristi se u drugim staničnim reakcijama i često se smatra energijom stanice u "valuti". Međutim, budući da glikoliza zahtijeva opskrbu energijom iz dvije molekule ATP-a, neto prinos glikolize iznosi samo dvije molekule ATP-a po molekuli glukoze. Sama glukoza razgrađuje se tijekom glikolize, postajući piruvat. Ostali izvori goriva, poput masti, metaboliziraju se kroz druge procese, na primjer, spiralna masna kiselina, u slučaju masnih kiselina, da bi stvorila molekule goriva koje mogu ući u dišne putove na različitim točkama tijekom disanja.
Aerobno disanje
Aerobno disanje događa se u prisutnosti kisika i proizvodi većinu energije za organizme koji rade taj proces. U tom se procesu piruvat proizveden tijekom glikolize pretvara u acetil-koenzim A (acetil-CoA) prije ulaska u ciklus limunske kiseline, poznat i kao Krebsov ciklus. Acetil-CoA kombinira se s oksalacetatom kako bi se dobila limunska kiselina u ranoj fazi ciklusa limunske kiseline. Sljedeće serije pretvaraju limunsku kiselinu u oksalacetat i proizvode transportnu energiju za molekule nazvane NADH i FADH2. Te se molekule energije preusmjeravaju u lanac transporta elektrona, odnosno oksidacijsku fosforilaciju, gdje proizvode većinu ATP-a koji se stvara tijekom aerobnog staničnog disanja. Ugljični dioksid nastaje kao otpadni proizvod tijekom Krebsova ciklusa, dok se oksalacetat koji nastaje u jednom krugu Krebsova ciklusa kombinira s drugim acetil-CoA da bi se ponovno započeo postupak. U eukariotskim organizmima, poput biljaka i životinja, i Krebsov ciklus i lanac prijenosa elektrona javljaju se u specijaliziranoj strukturi koja se naziva mitohondriji, dok bakterije sposobne za aerobno disanje vode te procese duž plazmatske membrane, jer nemaju specijalizirane organele pronađene u eukariotskim stanicama. Svaki zavoj Krebsovog ciklusa sposoban je proizvesti jednu molekulu gvanin trifosfata (GTP), koja se lako pretvara u ATP, i dodatnih 17 molekula ATP kroz lanac transporta elektrona. Budući da glikoliza daje dvije molekule piruvata za upotrebu u Krebsovom ciklusu, ukupni prinos aerobnog disanja je 36 ATP po molekuli glukoze, uz dva ATP-a proizvedena tijekom glikolize. Krajnji akceptor elektrona tijekom lanca transporta elektrona je kisik.
Vrenje
Da se ne bi zamijenio s anaerobnim disanjem, fermentacija se događa u nedostatku kisika unutar citoplazme stanica i pretvara piruvat u otpadni proizvod, proizvodeći energiju za punjenje molekula potrebnih za nastavak glikolize. Budući da se energija proizvodi samo tijekom fermentacije glikolizom, ukupni prinos po molekuli glukoze je dva ATP. Iako je proizvodnja energije znatno manja od aerobnog disanja, fermentacija omogućuje pretvorbu goriva u energiju u odsutnosti kisika. Primjeri fermentacije uključuju fermentaciju mliječne kiseline kod ljudi i drugih životinja te fermentaciju etanola kvascem. Otpad se reciklira kada organizam ponovno uđe u aerobno stanje ili se ukloni iz organizma.
Anaerobno disanje
Nađeno kod nekih prokariota, anaerobno disanje koristi lanac prijenosa elektrona baš kao i aerobno disanje, ali umjesto da se kisik koristi kao terminalni akceptor elektrona, koriste se drugi elementi. Ti alternativni receptori uključuju nitrat, sulfat, sumpor, ugljični dioksid i druge molekule. Ti procesi važni su za doprinos hranjivom ciklusu u tlima, kao i omogućavanje tim organizmima da koloniziraju područja nenaseljiva drugim organizmima. Ti organizmi mogu biti obvezni anaerobi koji mogu provoditi te procese samo u odsutnosti kisika ili fakultativni anaerobi koji mogu proizvoditi energiju u prisutnosti ili odsutnosti kisika. Anaerobno disanje proizvodi manje energije od aerobnog, jer ovi alternativni elektronski akceptori nisu toliko učinkoviti kao kisik.
Fotosinteza
Za razliku od različitih staničnih putova disanja, biljke, alge i neke bakterije fotosintezu koriste za proizvodnju hrane potrebne za metabolizam. U biljkama se fotosinteza javlja u specijaliziranim strukturama zvanim kloroplasti, dok fotosintetske bakterije obično izvode fotosintezu duž membranskih produžetaka plazmene membrane. Fotosintezu možemo podijeliti u dvije faze: reakcije ovisne o svjetlu i reakcije neovisne o svjetlu. Tijekom reakcija ovisnih o svjetlu, svjetlosna energija koristi se za energiju elektrona uklonjenih iz vode i stvara gradijent protona, koji zauzvrat proizvode molekule visoke energije koje potiču neovisne svjetlosne reakcije. Kako se elektroni izvlače iz molekula vode, oni se razgrađuju na kisik i protone. Protoni doprinose gradijentu protona, ali se oslobađa kisik. Tijekom neovisnih svjetlosnih reakcija, energija proizvedena tijekom svjetlosnih reakcija koristi se za stvaranje molekula šećera iz ugljičnog dioksida kroz postupak nazvan Calvinov ciklus. Calvinov ciklus proizvodi jednu molekulu šećera na svakih šest molekula ugljičnog dioksida. U kombinaciji s molekulama vode koja se koristi u reakcijama ovisnim o svjetlu, općenita formula za fotosintezu je 6 H2O + 6 CO2 + svjetlost -> C6H12O6 + 602.