Целият живот се нуждае от енергия, за да изпълнява функциите на живота. Дори седенето и четенето отнема енергия. Растеж, храносмилане, движение: всичко изисква изразходване на енергия. Бягането на маратон отнема много енергия. И така, откъде идва цялата тази енергия?
Гориво за енергия
Енергията, необходима за изпълнение на функциите на живота, идва от разграждането на захарта. Фотосинтезата използва слънчевата енергия, за да комбинира въглеродния диоксид и водата, за да образува глюкоза (захар), отделяйки кислород като отпадъчен продукт. Растенията съхраняват тази глюкоза като захар или като нишесте. Животните, гъбите, бактериите и - понякога - други растения, се хранят с тези растителни ресурси, разграждайки нишестето или захарта, за да освободят запасената енергия.
Сравняване на ферментацията и клетъчното дишане
Ферментацията и клетъчното дишане се различават по един критичен фактор: кислородът. Клетъчното дишане използва кислород в химичната реакция, която освобождава енергия от храната. Ферментацията протича в анаеробна или кислородна среда. Тъй като ферментацията не използва кислород, молекулата на захарта не се разгражда напълно и по този начин освобождава по-малко енергия. Процесът на ферментация в клетките освобождава около две енергийни единици, докато клетъчното дишане освобождава общо около 38 енергийни единици.
Енергия от клетъчно дишане
При клетъчното дишане кислородът се комбинира със захарите, за да освободи енергия. Този процес започва в цитоплазмата и завършва в митохондриите. В цитоплазмата една захар се разгражда на две молекули пировиноградна киселина, освобождавайки две енергийни единици аденозин трифосфат или АТФ. Двете молекули на пировиноградна киселина се преместват в митохондриите, където всяка молекула се превръща в молекула, наречена ацетил КоА. Водородните атоми на ацетил КоА се отстраняват в присъствието на кислород, освобождавайки електрон всеки път, докато не остане водород. Към този момент ацетил КоА е разграден и остават само въглероден диоксид и вода. Този процес освобождава четири АТФ енергийни единици. Сега електроните преминават по електронно-транспортната верига, като в крайна сметка освобождават около 32 единици АТФ. И така, процесът на клетъчно дишане освобождава около 38 енергийни единици АТФ от всяка молекула глюкоза.
Енергия от процеса на ферментация
Ами ако клетката няма достатъчно кислород за клетъчно дишане? Изразът „усещане за изгаряне“ е резултат от този анаеробен път. Ако нивото на кислород в клетката е твърде ниско за клетъчно дишане, обикновено защото белите дробове не могат да се справят с нуждите на клетката от кислород, тогава се извършва ферментационно клетъчно дишане. В този случай захарната молекула се разпада само в цитоплазмата на клетката, освобождавайки около две енергийни единици АТФ. Процесът на разпадане не продължава в митохондриите. Това частично разграждане на глюкозата освобождава малко енергия, за да може клетката да продължи да работи, но непълната реакция произвежда млечна киселина, която се натрупва в клетката. Тази млечнокисела ферментация причинява усещане за парене, когато мускулите не получават достатъчно кислород за клетъчно дишане.