Az aerob légzés, az anaerob légzés és az erjedés az élő sejtek számára az energiatermelés módszerei. Míg az összes élő szervezet egy vagy több ilyen folyamatot folytat, addig csak egy kiválasztott organizmuscsoport képes erre fotoszintézis amely lehetővé teszi számukra a napfénytől való élelmiszer előállítását. Azonban még ezekben az organizmusokban is az étel fotoszintézissel előállítva sejtlégzéssel sejtté alakul át.
Az aerob légzés megkülönböztető jellemzője a fermentációs utakhoz képest az oxigén előfeltétele és a glükózmolekulára jutó sokkal magasabb energiahozam.
Glikolízis
A glikolízis egy univerzális kezdő út a sejtek citoplazmájában végezzük, hogy a glükózt kémiai energiává bontsuk. Az egyes glükózmolekulákból felszabaduló energiát arra használják, hogy egy foszfátot a négy molekulához kapcsoljanak adenozin-difoszfát (ADP) két adenozin-trifoszfát (ATP) és egy további NADH.
A foszfátkötésben tárolt energiát más sejtreakciókban használják fel, és gyakran a sejt energia "pénznemének" tekintik. Mivel azonban a glikolízishez két ATP-molekula energiája szükséges, a glikolízis nettó hozama csak két ATP-molekula glükózmolekulánként. Maga a glükóz a glikolízis során piruvátra bomlik.
Aerob légzés
Az aerob légzés a mitokondriumokban oxigén jelenlétében fordul elő, és az energia nagy részét a folyamatra képes organizmusok számára adja. A piruvátot mitokondriumba helyezik és acetil-CoA-vá alakítják, amelyet azután oxaloacetáttal kombinálva citromsavat állítanak elő a citromsav ciklus.
A következő sorozat átalakítja a citromsavat oxaloacetáttá, és energiát hordozó molekulákat állít elő NADH és FADH nevű módon.2.
A Krebs-ciklus minden fordulata képes egy ATP-molekula és további 17 ATP-molekula előállítására az elektrontranszportláncon keresztül. Mivel a glikolízis két piruvátmolekulát eredményez a Krebs-ciklusban történő felhasználásra, a az aerob légzés a glükózmolekulánként 36 ATP / molekula a két közben termelt ATP mellett glikolízis.
Az elektronok transzportláncának terminális akceptora az oxigén.
Erjesztés
Nem tévesztendő össze anaerob légzésA fermentáció oxigén hiányában történik a sejtek citoplazmájában, és a piruvátot hulladéktermékké alakítja, hogy előállítsa a glikolízis folytatásához szükséges energiát hordozó molekulákat. Mivel az erjedés során egyetlen glikolízissel előállított energia keletkezik, a glükózmolekulára jutó teljes hozam két ATP.
Míg az energiatermelés lényegesen kisebb, mint az aerob légzés, az erjesztés lehetővé teszi az üzemanyag energiává történő átalakítását oxigén nélkül. A fermentáció példái közé tartozik a tejsav-fermentáció emberben és más állatokban, valamint etanol fermentáció élesztővel. A salakanyagokat vagy újrafeldolgozzák, amikor a szervezet ismét aerob állapotba kerül, vagy eltávolítják a szervezetből.
Anaerob légzés
A kiválasztott prokariótákban található anaerob légzés éppúgy használ elektrontranszportláncot aerob légzés, de ahelyett, hogy oxigént használnánk terminális elektron akceptorként, más elemek is használt. Ezek az alternatív akceptorok közé tartoznak a nitrát, a szulfát, a kén, a szén-dioxid és más molekulák.
Ezek a folyamatok jelentősen hozzájárulnak a tápanyagok talajon belüli körforgásához, valamint lehetővé teszik ezeknek az organizmusoknak, hogy gyarmatosítsák a más szervezetek által lakhatatlan területeket.
Fotoszintézis
A különféle sejtes légzési utaktól eltérően a fotoszintézist a növények, az algák és egyes baktériumok használják az anyagcseréhez szükséges táplálék előállításához. Növényekben a fotoszintézis speciális, kloroplasztnak nevezett struktúrákban fordul elő, míg a fotoszintetikus baktériumok tipikusan a plazmamembrán hártyahosszabbításai mentén hajtják végre a fotoszintézist.
A fotoszintézis két szakaszra osztható: a fényfüggő reakciók és a fénytől független reakciók.
Közben fényfüggő reakciók, a fényenergiát a vízből eltávolított elektronok energiájára és a proton gradiens ez viszont nagy energiájú molekulákat állít elő, amelyek táplálják a fénytől független reakciókat. Mivel az elektronokat leválasztják a vízmolekulákról, a vízmolekulákat oxigénre és protonokra bontják.
A protonok hozzájárulnak a proton gradienshez, de az oxigén felszabadul. A fényfüggetlen reakciók során a fényreakciók során keletkező energiát szén-dioxidból származó cukormolekulák előállítására használják az úgynevezett folyamat segítségével a Calvin-ciklus.
A Calvin-ciklus hat szén-dioxid-molekula után egy molekula cukrot termel. A fényfüggő reakciókban használt vízmolekulákkal kombinálva a fotoszintézis általános képlete 6 H2O + 6 CO2 + fény → C6H12O6 + 6 O2.