Aeroobne hingamine, anaeroobne hingamine ja kääritamine on meetodid elusrakkudele energiaallikatest energia tootmiseks. Kui kõik elusorganismid viivad läbi ühte või mitut neist protsessidest, on selleks võimeline ainult valitud organismide rühm fotosüntees mis võimaldab neil toitu valmistada päikesevalgusest. Kuid isegi nendes organismides on toit toodetud fotosünteesi teel muundatakse rakuhingeks rakuenergiaks.
Aeroobse hingamise eripära võrreldes fermentatsiooniteedega on hapniku eeltingimus ja palju suurem energia saagis glükoosi molekuli kohta.
Glükolüüs
Glükolüüs on universaalne algusrada viiakse läbi rakkude tsütoplasmas glükoosi lagundamiseks keemiliseks energiaks. Igast glükoosi molekulist eralduvat energiat kasutatakse fosfaadi kinnitamiseks iga nelja molekuli külge adenosiindifosfaat (ADP) kahe adenosiinitrifosfaadi (ATP) molekuli ja täiendava NADH.
Fosfaatsidemesse salvestatud energiat kasutatakse teistes raku reaktsioonides ja seda peetakse sageli raku energia "valuutaks". Kuid kuna glükolüüs nõuab energia sisestamist kahest ATP molekulist, on glükolüüsi netosaak ainult kaks ATP molekuli glükoosi molekuli kohta. Glükoos ise lagundatakse glükolüüsi käigus püruvaadiks.
Aeroobne hingamine
Aeroobne hingamine toimub mitokondrites hapniku manulusel ja annab suurema osa energiast protsessis võimekate organismide jaoks. Püruvaat viiakse mitokondritesse ja muundatakse atsetüül-CoA-ks, mis seejärel ühendatakse oksaloatsetaadiga sidrunhappe saamiseks sidrunhappetsükkel.
Järgnev seeria muundab sidrunhappe tagasi oksaloatsetaadiks ja toodab energiat kandvaid molekule koos NADH ja FADH2.
Krebsi tsükli iga pööre suudab elektroni transpordiahela kaudu toota ühte ATP molekuli ja veel 17 ATP molekuli. Kuna glükolüüs annab Krebsi tsüklis kasutamiseks kaks püruvaadi molekuli, saadakse aeroobne hingamine on 36 ATP glükoosi molekuli kohta lisaks kahele ATP ajal toodetud ATP-le glükolüüs.
Elektroonide transpordiahelas olevate elektronide terminaliaktseptor on hapnik.
Kääritamine
Ei tohi segi ajada anaeroobne hingamine, toimub fermentatsioon rakkude tsütoplasmas hapniku puudumisel ja muundab püruvaadi jääkaineks, et toota glükolüüsi jätkamiseks vajalikke energiat kandvaid molekule. Kuna fermentatsiooni käigus toodetakse ainult glükolüüsi teel, on glükoosi molekuli kogusaagis kaks ATP.
Ehkki energiatootmine on oluliselt väiksem kui aeroobne hingamine, võimaldab kääritamine hapniku puudumisel kütuse muundamist energiaks jätkuda. Fermentatsiooni näited hõlmavad piimhappe fermentatsiooni inimestel ja teistel loomadel etanooli kääritamine pärmi järgi. Jäätmed taaskasutatakse, kui organism satub uuesti aeroobsesse olekusse, või eemaldatakse organismist.
Anaeroobne hingamine
Valitud prokarüootidest leitud anaeroobne hingamine kasutab elektroni transpordiahelat palju aeroobne hingamine, kuid selle asemel, et kasutada hapnikku terminaalse elektronide aktseptorina, on muud elemendid kasutatud. Nende alternatiivsete aktseptorite hulka kuuluvad nitraat, sulfaat, väävel, süsinikdioksiid ja muud molekulid.
Need protsessid aitavad olulisel määral kaasa toitainete ringlusele mullas ning võimaldavad neil organismidel koloniseerida teiste organismide jaoks elamiskõlbmatud alad.
Fotosüntees
Erinevalt erinevatest rakulistest hingamisteedest kasutavad taimed, vetikad ja mõned bakterid fotosünteesi ainevahetuseks vajaliku toidu tootmiseks. Taimedes toimub fotosüntees spetsiaalsetes struktuurides, mida nimetatakse kloroplastideks, samal ajal kui fotosünteesivad bakterid viivad fotosünteesi tavaliselt läbi plasmamembraani membraanipikendusi.
Fotosünteesi võib jagada kahte etappi: valgusest sõltuvad reaktsioonid ja valgusest sõltumatud reaktsioonid.
Jooksul valgusest sõltuvad reaktsioonid, kasutatakse valgusenergiat veest eemaldatud elektronide pingutamiseks ja a prootongradient see omakorda toodab suure energiaga molekule, mis toidavad valgusest sõltumatuid reaktsioone. Kuna elektronid eemaldatakse veemolekulidest, lagundatakse veemolekulid hapnikuks ja prootoniteks.
Prootonid aitavad kaasa prootoni gradiendile, kuid hapnik vabaneb. Valgusest sõltumatute reaktsioonide käigus kasutatakse valgusreaktsioonide käigus toodetavat energiat nn protsessi abil süsinikdioksiidist suhkrumolekulide tootmiseks Calvini tsükkel.
Calvini tsükkel toodab ühe suhkru molekuli iga kuue süsinikdioksiidi molekuli kohta. Koos valguse sõltuvates reaktsioonides kasutatavate veemolekulidega on fotosünteesi üldvalem 6 H2O + 6 CO2 + valgus → C6H12O6 + 6 O2.