Respirasi aerob, respirasi anaerob, dan fermentasi adalah metode sel hidup untuk menghasilkan energi dari sumber makanan. Sementara semua organisme hidup melakukan satu atau lebih dari proses ini, hanya sekelompok organisme terpilih yang mampu: fotosintesis yang memungkinkan mereka untuk menghasilkan makanan dari sinar matahari. Namun, bahkan dalam organisme ini, makanan dihasilkan oleh fotosintesis diubah menjadi energi sel melalui respirasi sel.
Fitur yang membedakan respirasi aerobik dibandingkan dengan jalur fermentasi adalah prasyarat untuk oksigen dan hasil energi yang jauh lebih tinggi per molekul glukosa.
Glikolisis
Glikolisis adalah jalur awal universal dilakukan dalam sitoplasma sel untuk memecah glukosa menjadi energi kimia. Energi yang dilepaskan dari setiap molekul glukosa digunakan untuk mengikat fosfat ke masing-masing dari empat molekul adenosin difosfat (ADP) untuk menghasilkan dua molekul adenosin trifosfat (ATP) dan satu molekul tambahan NADH.
Energi yang tersimpan dalam ikatan fosfat digunakan dalam reaksi seluler lainnya dan sering dianggap sebagai "mata uang" energi sel. Namun, karena glikolisis memerlukan masukan energi dari dua molekul ATP, hasil bersih dari glikolisis hanya dua molekul ATP per molekul glukosa. Glukosa itu sendiri dipecah menjadi piruvat selama glikolisis.
Pernapasan aerobik
Respirasi aerobik terjadi di mitokondria dengan adanya oksigen dan menghasilkan sebagian besar energi bagi organisme yang mampu melakukan proses tersebut. Piruvat dipindahkan ke mitokondria dan diubah menjadi asetil KoA, yang kemudian digabungkan dengan oksaloasetat untuk menghasilkan asam sitrat pada tahap pertama siklus asam sitrat.
Seri berikutnya mengubah asam sitrat kembali menjadi oksaloasetat dan menghasilkan molekul pembawa energi bersama dengan cara yang disebut NADH dan FADH2.
Setiap putaran siklus Krebs mampu menghasilkan satu molekul ATP, dan tambahan 17 molekul ATP melalui rantai transpor elektron. Karena glikolisis menghasilkan dua molekul piruvat untuk digunakan dalam siklus Krebs, hasil total untuk respirasi aerobik adalah 36 ATP per molekul glukosa di samping dua ATP yang dihasilkan selama glikolisis.
Akseptor terminal untuk elektron selama rantai transpor elektron adalah oksigen.
Fermentasi
Jangan bingung dengan respirasi anaerobik, fermentasi terjadi tanpa adanya oksigen dalam sitoplasma sel dan mengubah piruvat menjadi produk limbah untuk menghasilkan molekul pembawa energi yang dibutuhkan untuk melanjutkan glikolisis. Karena satu-satunya energi yang dihasilkan selama fermentasi adalah melalui glikolisis, total hasil per molekul glukosa adalah dua ATP.
Sementara produksi energi secara substansial kurang dari respirasi aerobik, fermentasi memungkinkan konversi bahan bakar menjadi energi untuk melanjutkan tanpa adanya oksigen. Contoh fermentasi termasuk fermentasi asam laktat pada manusia dan hewan lain dan fermentasi etanol oleh ragi. Produk limbah didaur ulang ketika organisme memasuki kembali keadaan aerobik atau dikeluarkan dari organisme.
Respirasi Anaerob
Ditemukan pada prokariota tertentu, respirasi anaerobik menggunakan rantai transpor elektron sebanyak: respirasi aerobik tetapi alih-alih menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terminal, elemen lain adalah: bekas. Akseptor alternatif ini termasuk nitrat, sulfat, belerang, karbon dioksida, dan molekul lainnya.
Proses ini merupakan kontributor penting untuk siklus nutrisi dalam tanah serta memungkinkan organisme ini untuk menjajah daerah yang tidak dapat dihuni oleh organisme lain.
Fotosintesis
Berbeda dengan berbagai jalur respirasi seluler, fotosintesis digunakan oleh tanaman, alga dan beberapa bakteri untuk menghasilkan makanan yang dibutuhkan untuk metabolisme. Pada tumbuhan, fotosintesis terjadi dalam struktur khusus yang disebut kloroplas sementara bakteri fotosintetik biasanya melakukan fotosintesis di sepanjang perpanjangan membran membran plasma.
Fotosintesis dapat dibagi menjadi dua tahap: reaksi bergantung cahaya dan reaksi bebas cahaya.
Selama reaksi bergantung cahaya, energi cahaya digunakan untuk memberi energi pada elektron yang dikeluarkan dari air dan menghasilkan a gradien proton yang pada gilirannya menghasilkan molekul energi tinggi yang memicu reaksi yang tidak bergantung pada cahaya. Saat elektron dilepaskan dari molekul air, molekul air dipecah menjadi oksigen dan proton.
Proton berkontribusi pada gradien proton tetapi oksigen dilepaskan. Selama reaksi bebas cahaya, energi yang dihasilkan selama reaksi terang digunakan untuk menghasilkan molekul gula dari karbon dioksida melalui proses yang disebut siklus Calvin.
Siklus Calvin menghasilkan satu molekul gula untuk setiap enam molekul karbon dioksida. Dikombinasikan dengan molekul air yang digunakan dalam reaksi yang bergantung pada cahaya, rumus umum untuk fotosintesis adalah: 6 H2O + 6 CO2 + cahaya → C6H12HAI6 + 6 O2.