Celý život potřebuje energii, aby mohl vykonávat své životní funkce. I posezení a čtení vyžaduje energii. Růst, trávení, pohyb: vše vyžaduje výdej energie. Běh maratonu vyžaduje spoustu energie. Odkud tedy pochází ta energie?
Palivo pro energii
Energie potřebná k plnění životních funkcí pochází z rozkladu cukru. Fotosyntéza využívá sluneční energii ke spojení oxidu uhličitého a vody za vzniku glukózy (cukru), přičemž jako odpadní produkt vydává kyslík. Rostliny ukládají tuto glukózu jako cukr nebo jako škrob. Zvířata, houby, bakterie a někdy i jiné rostliny se živí těmito rostlinnými zdroji a štěpí škrob nebo cukr, aby uvolnily uloženou energii.
Porovnání fermentace a buněčného dýchání
Fermentace a buněčné dýchání se liší v jednom kritickém faktoru: v kyslíku. Buněčné dýchání využívá kyslík v chemické reakci, která uvolňuje energii z jídla. K fermentaci dochází v anaerobním prostředí nebo v prostředí s nedostatkem kyslíku. Protože kvašení nepoužívá kyslík, molekula cukru se nerozkládá úplně, a tak uvolňuje méně energie. Proces fermentace v buňkách uvolňuje asi dvě energetické jednotky, zatímco buněčné dýchání uvolňuje celkem asi 38 energetických jednotek.
Energie z buněčného dýchání
V buněčném dýchání se kyslík spojuje s cukry a uvolňuje energii. Tento proces začíná v cytoplazmě a je dokončen v mitochondriích. V cytoplazmě se jeden cukr rozdělí na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové a uvolní dvě energetické jednotky adenosintrifosfátu nebo ATP. Dvě molekuly kyseliny pyrohroznové se přesouvají do mitochondrií, kde se každá molekula převádí na molekulu zvanou acetyl CoA. Atomy vodíku acetyl CoA jsou odstraněny v přítomnosti kyslíku, přičemž se pokaždé uvolní elektron, dokud nezůstane žádný vodík. V tomto okamžiku byl acetyl CoA rozložen a zůstal pouze oxid uhličitý a voda. Tento proces uvolňuje čtyři energetické jednotky ATP. Elektrony nyní procházejí elektronovým transportním řetězcem a nakonec uvolňují asi 32 jednotek ATP. Proces buněčného dýchání tedy uvolňuje asi 38 energetických jednotek ATP z každé molekuly glukózy.
Energie z fermentačního procesu
Co když buňka nemá dostatek kyslíku pro buněčné dýchání? Fráze „cítit popáleniny“ vyplývá z této anaerobní dráhy. Pokud je hladina kyslíku v buňce příliš nízká pro buněčné dýchání, obvykle proto, že plíce nedokážou držet krok s potřebou kyslíku v buňce, proběhne fermentace buněčného dýchání. V tomto případě se molekula cukru rozpadne pouze v cytoplazmě buňky a uvolní asi dvě energetické jednotky ATP. Proces rozpadu v mitochondriích nepokračuje. Tento částečný rozklad glukózy uvolňuje trochu energie, takže buňka může pracovat, ale neúplná reakce produkuje kyselinu mléčnou, která se v buňce hromadí. Tato fermentace kyselinou mléčnou způsobuje pálení, když svaly nedostávají dostatek kyslíku pro buněčné dýchání.