Aerobā elpošana, anaerobā elpošana un fermentācija ir metodes, kā dzīvās šūnas ražo enerģiju no pārtikas avotiem. Kamēr visi dzīvie organismi veic vienu vai vairākus no šiem procesiem, to spēj veikt tikai atsevišķa organismu grupa fotosintēze kas ļauj viņiem ražot pārtiku no saules gaismas. Tomēr pat šajos organismos pārtika ko ražo fotosintēze ar šūnu elpošanu tiek pārveidots šūnu enerģijā.
Aerobās elpošanas atšķirīgā iezīme salīdzinājumā ar fermentācijas ceļiem ir priekšnoteikums skābeklim un daudz lielāka enerģijas raža uz vienu glikozes molekulu.
Glikolīze
Glikolīze ir universāls sākuma ceļš šūnu citoplazmā, lai sadalītu glikozi ķīmiskajā enerģijā. Enerģiju, kas izdalās no katras glikozes molekulas, izmanto fosfāta piesaistīšanai katrai no četrām molekulām adenozīna difosfātu (ADP), lai iegūtu divas adenozīna trifosfāta (ATP) molekulas un papildu NADH.
Fosfāta saitē uzkrāto enerģiju izmanto citās šūnu reakcijās, un to bieži uzskata par šūnas enerģijas "valūtu". Tomēr, tā kā glikolīze prasa enerģijas ievadīšanu no divām ATP molekulām, glikolīzes tīrā raža ir tikai divas ATP molekulas uz vienu glikozes molekulu. Pati glikoze glikolīzes laikā tiek sadalīta piruvātā.
Aerobā elpošana
Aerobā elpošana notiek mitohondrijos skābekļa klātbūtnē, un tā dod lielāko enerģijas daudzumu organismiem, kas spēj šo procesu. Piruvāts tiek pārvietots mitohondrijās un pārveidots par acetil CoA, kas pēc tam tiek apvienots ar oksaloacetātu, lai iegūtu citronskābi citronskābes cikls.
Turpmākās sērijas pārveido citronskābi atpakaļ oksaloacetātā un ražo enerģiju nesošās molekulas kopā ar veidiem, ko sauc par NADH un FADH2.
Katrs Krebsa cikla pagrieziens caur elektronu transporta ķēdi spēj radīt vienu ATP molekulu un vēl 17 ATP molekulas. Tā kā glikolīzes rezultātā iegūst divas piruvāta molekulas, kuras var izmantot Krebsa ciklā, kopējais aerobā elpošana ir 36 ATP uz vienu glikozes molekulu papildus diviem ATP, kas radušies laikā glikolīze.
Elektronu terminālais akceptors elektronu transporta ķēdes laikā ir skābeklis.
Fermentācija
Nevajag jaukt ar anaerobā elpošana, fermentācija notiek bez skābekļa šūnu citoplazmā un pārveido piruvātu par atkritumiem, lai radītu enerģiju nesošās molekulas, kas nepieciešamas glikolīzes turpināšanai. Tā kā fermentācijas laikā vienīgā enerģija rodas glikolīzes ceļā, kopējā glikozes molekulas raža ir divi ATP.
Lai gan enerģijas ražošana ir ievērojami mazāka nekā aerobā elpošana, fermentācija ļauj turpināt degvielas pārvēršanu enerģijā bez skābekļa. Fermentācijas piemēri ietver pienskābes fermentāciju cilvēkiem un citiem dzīvniekiem un etanola fermentācija pēc rauga. Atlikušos produktus vai nu pārstrādā, kad organisms atkal nonāk aerobā stāvoklī, vai arī izņem no organisma.
Anaerobā elpošana
Atrasta atsevišķos prokariotos, anaerobā elpošana daudz vairāk izmanto elektronu transporta ķēdi aerobā elpošana, bet tā vietā, lai izmantotu skābekli kā gala elektronu akceptoru, ir citi elementi izmantots. Pie šiem alternatīvajiem akceptoriem pieder nitrāts, sulfāts, sērs, oglekļa dioksīds un citas molekulas.
Šie procesi būtiski veicina barības vielu apriti augsnē, kā arī ļauj šiem organismiem kolonizēt apgabalus, kuros citi organismi nav apdzīvojami.
Fotosintēze
Atšķirībā no dažādiem šūnu elpošanas ceļiem, fotosintēzi augi, aļģes un dažas baktērijas izmanto, lai ražotu vielmaiņai nepieciešamo pārtiku. Augos fotosintēze notiek specializētās struktūrās, ko sauc par hloroplastiem, savukārt fotosintēzes baktērijas parasti veic fotosintēzi gar plazmas membrānas membrāniskajiem pagarinājumiem.
Fotosintēzi var iedalīt divos posmos: no gaismas atkarīgas reakcijas un no gaismas neatkarīgas reakcijas.
Laikā no gaismas atkarīgas reakcijas, gaismas enerģija tiek izmantota, lai aktivizētu no ūdens izņemtos elektronus un ražotu a protonu gradients tas savukārt rada augstas enerģijas molekulas, kas veicina gaismas neatkarīgas reakcijas. Kad elektroni tiek atdalīti no ūdens molekulām, ūdens molekulas tiek sadalītas skābeklī un protonos.
Protoni veicina protonu gradientu, bet izdalās skābeklis. Gaismas neatkarīgo reakciju laikā gaismas reakciju laikā saražotā enerģija tiek izmantota cukura molekulu ražošanai no oglekļa dioksīda, izmantojot procesu, ko sauc Kalvina cikls.
Kalvina cikls rada vienu cukura molekulu uz katrām sešām oglekļa dioksīda molekulām. Kopā ar ūdens molekulām, kuras izmanto gaismas atkarīgās reakcijās, fotosintēzes vispārīgā formula ir 6 H2O + 6 CO2 + gaisma → C6H12O6 + 6 O2.