Aerobinis kvėpavimas, anaerobinis kvėpavimas ir fermentacija yra metodai, kaip gyvos ląstelės gamina energiją iš maisto šaltinių. Nors visi gyvi organizmai vykdo vieną ar kelis iš šių procesų, tik tam tikra organizmų grupė sugeba fotosintezė kuris leidžia jiems gaminti maistą iš saulės šviesos. Tačiau net ir šiuose organizmuose maistas pagaminta fotosintezės būdu per ląstelių kvėpavimą paverčiama ląstelių energija.
Skiriamasis aerobinio kvėpavimo bruožas, lyginant su fermentacijos keliais, yra būtina deguonies sąlyga ir daug didesnis energijos kiekis vienoje gliukozės molekulėje.
Glikolizė
Glikolizė yra universalus pradžios kelias atliekamas ląstelių citoplazmoje, siekiant suskaidyti gliukozę į cheminę energiją. Iš kiekvienos gliukozės molekulės išsiskirianti energija naudojama fosfatui pritvirtinti prie kiekvienos iš keturių molekulių adenozino difosfato (ADP), kad gautų dvi adenozino trifosfato (ATP) molekules ir papildomą NADH.
Fosfatinėje jungtyje sukaupta energija naudojama kitose ląstelių reakcijose ir dažnai laikoma ląstelės energijos „valiuta“. Tačiau kadangi glikolizė reikalauja energijos iš dviejų ATP molekulių, grynasis glikolizės rezultatas yra tik dvi ATP molekulės vienoje gliukozės molekulėje. Pati gliukozė glikolizės metu suskaidoma į piruvatą.
Aerobinis kvėpavimas
Aerobinis kvėpavimas vyksta mitochondrijose esant deguoniui ir duoda didžiausią energijos kiekį organizmams, galintiems procesą. Piruvatas perkeliamas į mitochondrijas ir paverčiamas acetil CoA, kuris vėliau sujungiamas su oksaloacetatu ir gaunamas citrinos rūgštis citrinos rūgšties ciklas.
Vėlesnė serija citrinos rūgštį paverčia atgal į oksaloacetatą ir gamina energiją nešančias molekules kartu su būdais, vadinamais NADH ir FADH2.
Kiekvienas Krebso ciklo posūkis gali pagaminti vieną ATP molekulę ir papildomai 17 ATP molekulių per elektronų transportavimo grandinę. Kadangi glikolizės metu gaunamos dvi piruvato molekulės, skirtos naudoti Krebso cikle, bendras aerobinis kvėpavimas yra 36 ATP vienai gliukozės molekulei, be dviejų ATP, susidariusių per glikolizė.
Elektronų perdavimo grandinės metu elektronų galinis akceptorius yra deguonis.
Fermentacija
Negalima painioti su anaerobinis kvėpavimas, fermentacija vyksta be deguonies ląstelių citoplazmoje ir paverčia piruvatą atliekomis, kad gautų energiją nešančių molekulių, reikalingų tęsti glikolizę. Kadangi vienintelė fermentacijos metu gaunama energija yra glikolizė, bendras vienos gliukozės molekulės derlius yra du ATP.
Nors energijos gamyba yra žymiai mažesnė nei aerobinio kvėpavimo, fermentacija leidžia tęsti degalų pavertimą energija be deguonies. Fermentacijos pavyzdžiai yra pieno ir rūgšties fermentacija žmonėms ir kitiems gyvūnams etanolio fermentacija mielėmis. Atliekos yra arba perdirbamos, kai organizmas vėl patenka į aerobinę būseną, arba pašalinamos iš organizmo.
Anaerobinis kvėpavimas
Anaerobinis kvėpavimas, kuris randamas pasirinktuose prokariotuose, naudoja elektronų perdavimo grandinę aerobinis kvėpavimas, tačiau užuot naudoję deguonį kaip galinį elektronų akceptorių, kiti elementai yra naudojamas. Šie pakaitiniai akceptoriai apima nitratą, sulfatą, sierą, anglies dioksidą ir kitas molekules.
Šie procesai yra svarbus indėlis į maisto medžiagų apykaitą dirvožemyje, taip pat leidžiantys šiems organizmams kolonizuoti vietoves, kuriose kiti organizmai negali gyventi.
Fotosintezė
Skirtingai nuo įvairių ląstelių kvėpavimo takų, augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos naudoja fotosintezę metabolizmui reikalingam maistui gaminti. Augaluose fotosintezė vyksta specializuotose struktūrose, vadinamose chloroplastais, o fotosintetinės bakterijos paprastai vykdo fotosintezę palei membraninius plazmos membranos pratęsimus.
Fotosintezę galima suskirstyti į du etapus: nuo šviesos priklausomos reakcijos ir nuo šviesos nepriklausomos reakcijos.
Metu nuo šviesos priklausomos reakcijos, šviesos energija naudojama iš vandens pašalintiems elektronams įjungti ir gaminti a protonų gradientas savo ruožtu gamina didelės energijos molekules, kurios skatina nuo šviesos nepriklausomas reakcijas. Kai elektronai pašalinami iš vandens molekulių, vandens molekulės suskaidomos į deguonį ir protonus.
Protonai prisideda prie protonų gradiento, tačiau deguonis išsiskiria. Nepriklausomų nuo šviesos reakcijų metu šviesos reakcijų metu gaunama energija naudojama cukraus molekulėms iš anglies dioksido gaminti vadinamuoju procesu Kalvino ciklas.
Kalvino ciklas gamina po vieną cukraus molekulę kiekvienai šešiai anglies dioksido molekulėms. Kartu su vandens molekulėmis, naudojamomis nuo šviesos priklausomose reakcijose, bendra fotosintezės formulė yra 6 H2O + 6 CO2 + šviesa → C6H12O6 + 6 O2.