Kaikki elämä tarvitsee energiaa elämän toimintojen suorittamiseen. Jopa istuminen ja lukeminen vievät energiaa. Kasvu, ruoansulatus, liikkuminen: kaikki edellyttävät energiankulutusta. Maratonin juokseminen vie paljon energiaa. Joten mistä kaikki tuo energia tulee?
Polttoaine energiaa varten
Elämän toimintojen suorittamiseen tarvittava energia tulee sokerin hajoamisesta. Fotosynteesi käyttää auringon energiaa yhdistämällä hiilidioksidi ja vesi glukoosin (sokerin) muodostamiseksi, jolloin happi vapautuu jätteestä. Kasvit varastoivat tätä glukoosia sokerina tai tärkkelyksenä. Eläimet, sienet, bakteerit ja - joskus - muut kasvit ruokkivat näitä kasviresursseja hajottamalla tärkkelyksen tai sokerin varastoidun energian vapauttamiseksi.
Fermentaation ja soluhengityksen vertailu
Käyminen ja soluhengitys eroavat yhdestä kriittisestä tekijästä: hapesta. Soluhengitys käyttää happea kemiallisessa reaktiossa, joka vapauttaa energiaa ruoasta. Fermentaatio tapahtuu anaerobisessa tai happivajeisessa ympäristössä. Koska käyminen ei käytä happea, sokerimolekyyli ei hajoa kokonaan ja vapauttaa siten vähemmän energiaa. Käymisprosessi soluissa vapauttaa noin kaksi energiayksikköä, kun taas soluhengitys vapauttaa yhteensä noin 38 energiayksikköä.
Energia soluhengityksestä
Soluhengityksessä happi yhdistyy sokereihin energian vapauttamiseksi. Tämä prosessi alkaa sytoplasmasta ja päättyy mitokondrioihin. Sytoplasmassa yksi sokeri hajotetaan kahteen pyruviinihappomolekyyliin, jolloin vapautuu kaksi energiayksikköä adenosiinitrifosfaattia tai ATP: tä. Kaksi pyruviinihappomolekyyliä siirtyvät mitokondrioihin, joissa kukin molekyyli muuttuu asetyyli-CoA-nimiseksi molekyyliksi. Asetyyli-CoA: n vetyatomit poistetaan hapen läsnä ollessa, jolloin elektroni vapautuu joka kerta, kunnes vetyä ei ole jäljellä. Tässä vaiheessa asetyyli-CoA on hajonnut, ja vain hiilidioksidia ja vettä on jäljellä. Tämä prosessi vapauttaa neljä ATP-energiayksikköä. Nyt elektronit kuljettavat elektronien siirtoketjua alaspäin, mikä lopulta vapauttaa noin 32 ATP-yksikköä. Joten soluhengityksen prosessi vapauttaa noin 38 ATP-energiayksikköä kustakin glukoosimolekyylistä.
Fermentointiprosessin energia
Entä jos solussa ei ole tarpeeksi happea soluhengitystä varten? Ilmaus "tunne palovammaa" johtuu tästä anaerobisesta polusta. Jos solun happitaso on liian alhainen soluhengitystä varten, yleensä koska keuhkot eivät kykene pysymään solun happitarpeessa, tapahtuu soluhengitys fermentaatiolla. Tällöin sokerimolekyyli hajoaa vain solun sytoplasmassa vapauttaen noin kaksi ATP-energiayksikköä. Hajoamisprosessi ei jatku mitokondrioissa. Tämä osittainen glukoosin hajoaminen vapauttaa vähän energiaa, jotta solu voi jatkaa toimintaansa, mutta epätäydellinen reaktio tuottaa maitohappoa, joka kerääntyy soluun. Tämä maitohappokäyminen aiheuttaa polttavan tunteen, kun lihakset eivät saa tarpeeksi happea soluhengitystä varten.