Tutta la vita ha bisogno di energia per svolgere le sue funzioni. Anche sedersi e leggere richiede energia. Crescita, digestione, locomozione: tutto richiede un dispendio di energia. Correre una maratona richiede molta energia. Allora, da dove viene tutta quell'energia?
Carburante per l'energia
L'energia necessaria per svolgere le funzioni della vita deriva dalla scomposizione dello zucchero. La fotosintesi utilizza l'energia del sole per combinare l'anidride carbonica e l'acqua per formare il glucosio (zucchero), emettendo ossigeno come prodotto di scarto. Le piante immagazzinano questo glucosio come zucchero o come amido. Animali, funghi, batteri e, a volte, altre piante, si nutrono di queste risorse vegetali, abbattendo l'amido o lo zucchero per rilasciare l'energia immagazzinata.
Confronto tra fermentazione e respirazione cellulare
La fermentazione e la respirazione cellulare differiscono per un fattore critico: l'ossigeno. La respirazione cellulare utilizza l'ossigeno nella reazione chimica che rilascia energia dal cibo. La fermentazione avviene in un ambiente anaerobico o povero di ossigeno. Poiché la fermentazione non utilizza l'ossigeno, la molecola dello zucchero non si scompone completamente e quindi rilascia meno energia. Il processo di fermentazione nelle cellule rilascia circa due unità di energia mentre la respirazione cellulare rilascia un totale di circa 38 unità di energia.
Energia dalla respirazione cellulare
Nella respirazione cellulare, l'ossigeno si combina con gli zuccheri per rilasciare energia. Questo processo inizia nel citoplasma e si completa nei mitocondri. Nel citoplasma, uno zucchero viene spezzato in due molecole di acido piruvico, liberando due unità energetiche di adenosina trifosfato o ATP. Le due molecole di acido piruvico si spostano nei mitocondri dove ogni molecola viene convertita in una molecola chiamata acetil CoA. Gli atomi di idrogeno dell'acetil CoA vengono rimossi in presenza di ossigeno, rilasciando ogni volta un elettrone, fino a quando non rimane più idrogeno. A questo punto, l'acetil CoA è stato scomposto e rimangono solo anidride carbonica e acqua. Questo processo rilascia quattro unità di energia ATP. Ora gli elettroni passano lungo la catena di trasporto degli elettroni, rilasciando alla fine circa 32 unità di ATP. Quindi, il processo di respirazione cellulare rilascia circa 38 unità di energia ATP da ciascuna molecola di glucosio.
Energia dal processo di fermentazione
Cosa succede se la cellula non ha abbastanza ossigeno per la respirazione cellulare? La frase "senti l'ustione" deriva da questo percorso anaerobico. Se il livello di ossigeno della cellula è troppo basso per la respirazione cellulare, di solito perché i polmoni non riescono a tenere il passo con il fabbisogno di ossigeno della cellula, allora avviene la respirazione cellulare di fermentazione. In questo caso, la molecola dello zucchero si scompone solo nel citoplasma della cellula, rilasciando circa due unità energetiche di ATP. Il processo di rottura non continua nei mitocondri. Questa parziale scomposizione del glucosio rilascia un po' di energia in modo che la cellula possa continuare a funzionare, ma la reazione incompleta produce acido lattico che si accumula nella cellula. Questa fermentazione dell'acido lattico provoca la sensazione di bruciore quando i muscoli non ricevono abbastanza ossigeno per la respirazione cellulare.