Πώς διαφέρει η ζύμωση από την αναπνευστική κυτταρική;

Όλη η ζωή χρειάζεται ενέργεια για να συνεχίσει τις λειτουργίες της ζωής. Ακόμη και η συνεδρίαση και η ανάγνωση χρειάζονται ενέργεια. Ανάπτυξη, πέψη, μετακίνηση: όλα απαιτούν μια δαπάνη ενέργειας. Η εκτέλεση ενός μαραθωνίου απαιτεί πολλή ενέργεια. Λοιπόν, από πού προέρχεται όλη αυτή η ενέργεια;

Η ενέργεια που απαιτείται για την εκτέλεση των λειτουργιών της ζωής προέρχεται από την ανάλυση της ζάχαρης. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί την ενέργεια του ήλιου για να συνδυάσει διοξείδιο του άνθρακα και νερό για να σχηματίσει γλυκόζη (ζάχαρη), δίνοντας οξυγόνο ως απόβλητο προϊόν. Τα φυτά αποθηκεύουν αυτήν τη γλυκόζη ως ζάχαρη ή ως άμυλο. Ζώα, μύκητες, βακτήρια και - μερικές φορές - άλλα φυτά, τροφοδοτούν αυτούς τους φυτικούς πόρους, διαλύοντας το άμυλο ή τη ζάχαρη για να απελευθερώσουν την αποθηκευμένη ενέργεια.

Η ζύμωση και η κυτταρική αναπνοή διαφέρουν σε έναν κρίσιμο παράγοντα: το οξυγόνο. Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο στη χημική αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια από τα τρόφιμα. Η ζύμωση συμβαίνει σε αναερόβιο ή εξαντλημένο οξυγόνο περιβάλλον. Επειδή η ζύμωση δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο, το μόριο σακχάρου δεν διασπάται εντελώς και έτσι απελευθερώνει λιγότερη ενέργεια. Η διαδικασία ζύμωσης στα κύτταρα απελευθερώνει περίπου δύο μονάδες ενέργειας ενώ η κυτταρική αναπνοή απελευθερώνει συνολικά περίπου 38 μονάδες ενέργειας.

Στην κυτταρική αναπνοή, το οξυγόνο συνδυάζεται με σάκχαρα για την απελευθέρωση ενέργειας. Αυτή η διαδικασία ξεκινά στο κυτταρόπλασμα και ολοκληρώνεται στα μιτοχόνδρια. Στο κυτταρόπλασμα, ένα σάκχαρο διασπάται σε δύο μόρια πυρουβικού οξέος, απελευθερώνοντας δύο ενεργειακές μονάδες τριφωσφορικής αδενοσίνης ή ΑΤΡ. Τα δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος κινούνται στα μιτοχόνδρια όπου κάθε μόριο μετατρέπεται σε μόριο που ονομάζεται ακετύλιο CoA. Τα άτομα υδρογόνου του ακετυλο CoA απομακρύνονται παρουσία οξυγόνου, απελευθερώνοντας ένα ηλεκτρόνιο κάθε φορά, έως ότου δεν παραμένει υδρογόνο. Σε αυτό το σημείο, το ακετύλιο CoA έχει διαλυθεί, και μόνο το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό παραμένουν. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει τέσσερις ενεργειακές μονάδες ATP. Τώρα τα ηλεκτρόνια περνούν από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, απελευθερώνοντας τελικά περίπου 32 μονάδες ΑΤΡ. Έτσι, η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής απελευθερώνει περίπου 38 μονάδες ενέργειας ΑΤΡ από κάθε μόριο γλυκόζης.

Τι γίνεται αν το κύτταρο δεν έχει αρκετό οξυγόνο για κυτταρική αναπνοή; Η φράση "αισθανθείτε το κάψιμο" προκύπτει από αυτό το αναερόβιο μονοπάτι. Εάν το επίπεδο οξυγόνου του κυττάρου είναι πολύ χαμηλό για κυτταρική αναπνοή, συνήθως επειδή οι πνεύμονες δεν μπορούν να συμβαδίσουν με την ανάγκη οξυγόνου του κυττάρου, τότε πραγματοποιείται ζύμωση η κυτταρική αναπνοή. Σε αυτήν την περίπτωση, το μόριο σακχάρου διασπάται μόνο στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, απελευθερώνοντας περίπου δύο ενεργειακές μονάδες ΑΤΡ. Η διαδικασία κατανομής δεν συνεχίζεται στα μιτοχόνδρια. Αυτή η μερική διάσπαση της γλυκόζης απελευθερώνει λίγη ενέργεια ώστε το κύτταρο να συνεχίσει να λειτουργεί, αλλά η ατελής αντίδραση παράγει γαλακτικό οξύ που συσσωρεύεται στο κύτταρο. Αυτή η ζύμωση γαλακτικού οξέος προκαλεί την αίσθηση καψίματος όταν οι μύες δεν λαμβάνουν αρκετό οξυγόνο για κυτταρική αναπνοή.