Aerobno disanje, anaerobno disanje i fermentacija metode su za koje žive stanice proizvode energiju iz izvora hrane. Iako svi živi organizmi provode jedan ili više ovih procesa, samo je odabrana skupina organizama sposobna za to fotosinteza što im omogućuje proizvodnju hrane od sunčeve svjetlosti. Međutim, čak i u tim organizmima, hrana nastale fotosintezom se staničnim disanjem pretvara u staničnu energiju.
Prepoznatljiva značajka aerobnog disanja u usporedbi s fermentacijskim putovima je preduvjet kisika i mnogo veći prinos energije po molekuli glukoze.
Glikoliza
Glikoliza je univerzalni početni put provodi se u citoplazmi stanica za razgradnju glukoze u kemijsku energiju. Energija koja se oslobađa iz svake molekule glukoze koristi se za vezanje fosfata na svaku od četiri molekule adenozin difosfat (ADP) za proizvodnju dvije molekule adenozin trifosfata (ATP) i dodatne molekule NADH.
Energija pohranjena u fosfatnoj vezi koristi se u drugim staničnim reakcijama i često se smatra energetskom "valutom" stanice. Međutim, budući da glikoliza zahtijeva unos energije iz dvije molekule ATP-a, neto prinos glikolize iznosi samo dvije molekule ATP-a po molekuli glukoze. Sama glukoza se tijekom glikolize razgrađuje na piruvat.
Aerobno disanje
Aerobno disanje događa se u mitohondrijima u prisutnosti kisika i daje većinu energije za organizme sposobne za proces. Piruvat se premješta u mitohondrije i pretvara u acetil CoA, koji se zatim kombinira s oksaloacetatom da bi se dobila limunska kiselina u prvoj fazi ciklus limunske kiseline.
Sljedeće serije pretvaraju limunsku kiselinu natrag u oksaloacetat i proizvode molekule koje prenose energiju, zajedno s načinima koji se nazivaju NADH i FADH2.
Svaki zavoj Krebsova ciklusa sposoban je proizvesti jednu molekulu ATP i dodatnih 17 molekula ATP kroz lanac transporta elektrona. Budući da glikoliza daje dvije molekule piruvata za upotrebu u Krebsovom ciklusu, ukupni prinos za aerobno disanje je 36 ATP po molekuli glukoze uz dva ATP-a proizvedena tijekom glikoliza.
Krajnji akceptor elektrona tijekom lanca transporta elektrona je kisik.
Vrenje
Ne treba se miješati sa anaerobno disanje, fermentacija se događa u nedostatku kisika u citoplazmi stanica i pretvara piruvat u otpadni produkt da bi proizvela molekule koje nose energiju potrebnu za nastavak glikolize. Budući da je jedina energija koja nastaje tijekom fermentacije glikoliza, ukupni prinos po molekuli glukoze je dva ATP.
Iako je proizvodnja energije znatno manja od aerobnog disanja, fermentacija omogućuje pretvorbu goriva u energiju u odsutnosti kisika. Primjeri fermentacije uključuju fermentaciju mliječno-kiselinskom kiselinom u ljudi i drugih životinja i etanola fermentacija kvascem. Otpadni proizvodi se ili recikliraju kada se organizam ponovno uđe u aerobno stanje ili se uklone iz organizma.
Anaerobno disanje
Nađeno u odabranih prokariota, anaerobno disanje koristi lanac za transport elektrona koliko god aerobno disanje, ali umjesto da se kisik koristi kao terminalni akceptor elektrona, drugi su elementi koristi. Ti zamjenski akceptori uključuju nitrat, sulfat, sumpor, ugljični dioksid i druge molekule.
Ti procesi važan su doprinos kruženju hranjivih tvari unutar tla, kao i omogućavanje tim organizmima da koloniziraju područja u kojima ne mogu živjeti drugi organizmi.
Fotosinteza
Za razliku od različitih staničnih putova disanja, biljke, alge i neke bakterije fotosintezu koriste za proizvodnju hrane potrebne za metabolizam. U biljkama se fotosinteza javlja u specijaliziranim strukturama zvanim kloroplasti, dok fotosintetske bakterije obično provode fotosintezu duž membranskih produžetaka plazmene membrane.
Fotosintezu možemo podijeliti u dvije faze: reakcije ovisne o svjetlu i reakcije neovisne o svjetlu.
Tijekom reakcije ovisne o svjetlu, svjetlosna energija koristi se za energiju elektrona uklonjenih iz vode i stvaranje a protonski gradijent koja zauzvrat proizvodi molekule visoke energije koji potiču reakcije neovisne o svjetlu. Kako se elektroni oduzimaju od molekula vode, molekule vode se razgrađuju na kisik i protone.
Protoni doprinose gradijentu protona, ali kisik se oslobađa. Tijekom reakcija neovisnih o svjetlu, energija proizvedena tijekom svjetlosnih reakcija koristi se za proizvodnju molekula šećera iz ugljičnog dioksida postupkom tzv. Calvinov ciklus.
Calvinov ciklus proizvodi jednu molekulu šećera na svakih šest molekula ugljičnog dioksida. U kombinaciji s molekulama vode koja se koristi u reakcijama ovisnim o svjetlu, općenita formula za fotosintezu je 6 H2O + 6 CO2 + svjetlost → C6H12O6 + 6 O2.