Διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας κυτταρικής αναπνοής φωτοσύνθεση

Η αερόβια αναπνοή, η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση είναι μέθοδοι για τα ζωντανά κύτταρα να παράγουν ενέργεια από πηγές τροφίμων. Ενώ όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί διεξάγουν μία ή περισσότερες από αυτές τις διαδικασίες, μόνο μια επιλεγμένη ομάδα οργανισμών είναι ικανή φωτοσύνθεση που τους επιτρέπει να παράγουν τρόφιμα από το φως του ήλιου. Ωστόσο, ακόμη και σε αυτούς τους οργανισμούς, το φαγητό παράγεται από τη φωτοσύνθεση μετατρέπεται σε κυτταρική ενέργεια μέσω κυτταρικής αναπνοής.

Ένα διακριτικό χαρακτηριστικό της αερόβιας αναπνοής σε σύγκριση με τις οδούς ζύμωσης είναι η προϋπόθεση για το οξυγόνο και η πολύ υψηλότερη απόδοση ενέργειας ανά μόριο γλυκόζης.

Η γλυκόλυση είναι ένα καθολικό μονοπάτι έναρξης διεξάγεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων για διάσπαση της γλυκόζης σε χημική ενέργεια. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από κάθε μόριο γλυκόζης χρησιμοποιείται για τη σύνδεση φωσφορικού σε καθένα από τα τέσσερα μόρια του διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) για την παραγωγή δύο μορίων τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) και ένα επιπλέον μόριο ΝΑΝΤ.

Η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στον φωσφορικό δεσμό χρησιμοποιείται σε άλλες κυτταρικές αντιδράσεις και συχνά θεωρείται ως το «νόμισμα» ενέργειας του κυττάρου. Ωστόσο, δεδομένου ότι η γλυκόλυση απαιτεί την εισαγωγή ενέργειας από δύο μόρια ΑΤΡ, η καθαρή απόδοση από τη γλυκόλυση είναι μόνο δύο μόρια ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης. Η ίδια η γλυκόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης.

Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει στα μιτοχόνδρια παρουσία οξυγόνου και αποδίδει την πλειονότητα της ενέργειας για τους οργανισμούς που είναι ικανοί για τη διαδικασία. Το πυροσταφυλικό μεταφέρεται στα μιτοχόνδρια και μετατρέπεται σε ακετύλιο CoA, το οποίο στη συνέχεια συνδυάζεται με οξαλοξικό για να παράγει κιτρικό οξύ στο πρώτο στάδιο της κύκλος του κιτρικού οξέος.

Η επόμενη σειρά μετατρέπει το κιτρικό οξύ σε οξαλοξικό και παράγει μόρια μεταφοράς ενέργειας μαζί με τον τρόπο που ονομάζεται NADH και FADH₂.

Κάθε στροφή του κύκλου Krebs είναι ικανή να παράγει ένα μόριο ATP και επιπλέον 17 μόρια ATP μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι η γλυκόλυση αποδίδει δύο μόρια πυροσταφυλικού για χρήση στον κύκλο Krebs, η συνολική απόδοση για η αερόβια αναπνοή είναι 36 ATP ανά μόριο γλυκόζης επιπλέον των δύο ATP που παράγονται κατά τη διάρκεια γλυκόλυση.

Ο τερματικός δέκτης για τα ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι οξυγόνο.

Να μην συγχέεται με αναερόβια αναπνοή, η ζύμωση συμβαίνει απουσία οξυγόνου μέσα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων και μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε ένα απόβλητο προϊόν για να παράγει τα μόρια που μεταφέρουν την ενέργεια που απαιτούνται για τη συνέχιση της γλυκόλυσης. Δεδομένου ότι η μόνη ενέργεια που παράγεται κατά τη ζύμωση είναι μέσω γλυκόλυσης, η συνολική απόδοση ανά μόριο γλυκόζης είναι δύο ATP.

Ενώ η παραγωγή ενέργειας είναι ουσιαστικά μικρότερη από την αερόβια αναπνοή, η ζύμωση επιτρέπει τη συνέχιση της μετατροπής του καυσίμου σε ενέργεια απουσία οξυγόνου. Παραδείγματα ζύμωσης περιλαμβάνουν ζύμωση γαλακτικού οξέος σε ανθρώπους και άλλα ζώα και ζύμωση αιθανόλης με μαγιά. Τα απόβλητα είτε ανακυκλώνονται όταν ο οργανισμός επανέρχεται σε αερόβια κατάσταση ή απομακρύνεται από τον οργανισμό.

Βρίσκεται σε επιλεγμένους προκαρυώτες, η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων αερόβια αναπνοή, αλλά αντί να χρησιμοποιούν οξυγόνο ως τερματικό δέκτη ηλεκτρονίων, άλλα στοιχεία είναι μεταχειρισμένος. Αυτοί οι εναλλακτικοί δέκτες περιλαμβάνουν νιτρικό, θειικό, θείο, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα μόρια.

Αυτές οι διεργασίες είναι σημαντικοί παράγοντες για την ανακύκλωση των θρεπτικών ουσιών εντός του εδάφους, καθώς επίσης επιτρέπουν σε αυτούς τους οργανισμούς να αποικίζουν περιοχές ακατοίκητες από άλλους οργανισμούς.

Σε αντίθεση με τις διάφορες οδούς αναπνοής των κυττάρων, η φωτοσύνθεση χρησιμοποιείται από φυτά, φύκια και μερικά βακτήρια για την παραγωγή της τροφής που απαιτείται για το μεταβολισμό. Στα φυτά, η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε εξειδικευμένες δομές που ονομάζονται χλωροπλάστες, ενώ τα φωτοσυνθετικά βακτήρια συνήθως εκτελούν φωτοσύνθεση κατά μήκος μεμβρανών επεκτάσεων της μεμβράνης πλάσματος.

Η φωτοσύνθεση μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια: το εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις και το ανεξάρτητες από το φως αντιδράσεις.

Κατά τη διάρκεια της εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις, η ελαφριά ενέργεια χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση ηλεκτρονίων που απομακρύνονται από το νερό και παράγουν α ντεγκραντέ πρωτονίων που με τη σειρά του παράγει μόρια υψηλής ενέργειας που τροφοδοτούν τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως. Καθώς τα ηλεκτρόνια απογυμνώνονται από μόρια νερού, τα μόρια νερού διασπώνται σε οξυγόνο και πρωτόνια.

Τα πρωτόνια συμβάλλουν στη διαβάθμιση του πρωτονίου αλλά το οξυγόνο απελευθερώνεται. Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων ανεξάρτητων από το φως, η ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων φωτός χρησιμοποιείται για την παραγωγή μορίων σακχάρου από διοξείδιο του άνθρακα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ο Κύκλος Calvin.

Ο Κύκλος Calvin παράγει ένα μόριο ζάχαρης για κάθε έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Σε συνδυασμό με τα μόρια νερού που χρησιμοποιούνται στις εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις, ο γενικός τύπος για τη φωτοσύνθεση είναι 6 Η₂O + 6 CO₂ + φως → C₆Η₁₂Ο₆ + 6 O₂.